自序

每個人眼中都有一個世界。

每個人眼中的世界都不同。

但是，我們能看到、能感受到的世界只是宏觀的世界，是一個看上去按部就班的世界。如果我們能縮小十個數量級，進入量子世界，那其中的奇幻景象，恐怕是你盡最大的想象力也想不到的。

你一定好奇什么是“量子”？它不是一種粒子，而是一種概念。它指的是小尺度世界的一種傾向：物質的能量和其他一些屬性都傾向于以特定的方式不連續地變化。

量子世界中的一切物理現象都與我們在日常生活中認知的牛頓力學世界完全不同，我們在日常生活中熟悉的許多基本物理規律在量子世界中都被徹底顛覆。

量子世界是一個由量子力學統治的世界。量子力學對于實驗現象的解釋和預見性是如此精確，以至于大多數人都不假思索地對它進行應用。但是在量子世界里，一系列不可思議的現象又會讓我們懷疑我們到底是否能真正地理解這個世界。量子力學大師費曼曾經說過：“我想我可以相當有把握地說，沒有人能理解量子力學。”

十多年前，當我第一次接觸量子物理時，我就被它深深地迷住了。量子世界是一個謎一般的世界，在這個世界里，你以往的一切經驗都會失去作用；在這個世界里，你就像一個懵懂無知的孩童，一切都會讓你覺得新奇。這十年來，我有幸講授與量子力學相關的課程，我一直在不斷地從各種書籍中汲取與量子物理有關的知識，但是，對它的認識越深，我就越覺得它是如此的不可思議。

我們應該感謝那些偉大的物理學天才們，他們對量子物理的探索譜寫了科學史上最壯麗的史詩，他們對量子世界的探索讓我們知道了世界竟然是如此的神奇。

原來，我們眼中的世界并不是世界的全部。

既然有幸來到這個世界，我們就應該盡量了解這個世界的全部，欣賞這個世界的奇妙，這是作為生命的一種樂趣。

本書以各種不可思議的量子現象為主線，以物理學家們所做的各種令人驚奇的實驗為主線，循序漸進地介紹了人類探索量子世界的過程，介紹了量子理論的產生、發展、應用、分支乃至分歧，當然也提出了一些疑問和思考。作為一本科普讀物，本書涵蓋了波粒二象性、疊加態、概率幅、糾纏態、隧道效應、電子云、超流體、量子真空漲落、費曼圖、超弦理論等量子力學中引人入勝的大部分內容，也介紹了掃描隧道顯微鏡、量子計算機、量子隱形傳態等量子工程技術，同時還把相關的歷史趣事穿插其中。另外，書中還介紹了一些與量子物理相關的粒子物理、相對論、宇宙學等方面的內容，以使讀者對這個奇妙的世界有更深刻的理解。

本書在寫作過程中參考了大量相關書籍，主要參考書目列于書后。這些書使我受益匪淺，在此對這些書的作者表示衷心的感謝。

我國本土科學家到現在還沒有人獲得過諾貝爾物理學獎，原因是多方面的，但我認為，我們太注重于讓學生學習課本知識而忽視了課堂之外的知識海洋是原因之一。青少年時期是培養科學興趣最重要的時期，只有廣泛涉獵才能發現自己的興趣愛好，為將來打下基礎。希望本書能夠激發廣大讀者朋友尤其是青少年朋友們對科學的熱情，這正是我寫作的初衷所在。另外，由于能力所限，疏漏和不足之處在所難免，敬請讀者朋友們批評指正。

高鵬

2016年8月份于山東威海

誰要是不為量子理論感到震驚，那就是因為他還不了解量子理論。

——尼爾斯·玻爾

我想我可以相當有把握地說，沒有人能理解量子力學。

——理查德·費曼