量子力学揭秘学习笔记
这篇剧评可能有剧透
量子力学揭秘系列共两集，第一集是量子力学简史，第二集则是量子生物学。文科生看热闹，说的不对请大家指正讨论。
量子力学简史
故事从一个简单的问题开始，给电灯泡的灯丝加热会发光，随着灯丝温度的升高，灯丝颜色逐渐从桔红色变为黄色，最终停留在炽热的黄白色。为什么光不会变成蓝色和紫外光呢？这一问题被称为“紫外灾变”。
1990年，普朗克（Max Planck）来到德国国家物理技术研究所，和他的同事们建起黑体辐射器（black body radiator）。首先将仪器加热到非常精确的温度，然后测量它产生的光的颜色或光波频率。普朗克发现了光的颜色、光的频率和自身能量的精确数学关系，但他却无法理解这是为什么。
几乎同时，另一个难题出现在物理学家面前。
在研究电磁现象时（类似下图装置所示），物理学家发现了光和电之间的神秘联系。当两个小金属球间火花来回跳跃时，用一个光源照射能够让火花跳跃得更为容易。进一步地，他们发现蓝紫光比红光更容易移除金箔验电器上的静电电荷，不论多大强度的红光都做不到的事情，哪怕是极小强度的紫光也可以完成。这一现象被称为“光电效应”。
那么这两个现象为何令人困惑呢？
彼时，主流的观点是光是一种波，在阳光下举起一只手，手的影子边缘是模糊的，这是因为光碰到手后发生了轻微的弯曲，就像水波遇到障碍物一样。以水波类比，越大强度的水波有越大的能量，如果光是一种波，更大更强的红光应该激发更多电子，这与实验事实恰好相反。总而言之，光波难以解释紫外灾难和光电效应。
1905年，伟大的爱因斯坦（Albert Einstein）创造性地提出不要被光是波的思想所局限，light is a stream of tiny bullet-like particles，光是一种子弹状的粒子流，解决了这两个难题。他用来描述光粒子的名词正是quantum，量子。因为红光频率低，每个红光粒子的能量很小，更亮的红光有更多的粒子也无济于事；而每个紫外光粒子的能量大，因此能激发电子，也需要更多能量合成。
“现代物理开始了。”然而物理学的巨变还没有真正到来，光的本质还算小事的话，那现实世界的本质呢？1922年，伟大的玻尔（Niels Bohr）凭其关于原子结构以及原子辐射的研究获得了诺贝尔奖，他与爱因斯坦就“月亮是否存在”的问题展开了几十年的争论。
从电子枪中提取一束电子，让它们通过两条狭缝，最终投影在一块屏幕上，屏幕上会出现非常典型的黑白光带，这类干涉现象是波的典型特征。更要命的是，波型不是整个电子束的表现，每次发射一个电子通过双缝，单个电子在屏幕上会随即落下，但最终还是会形成特征波型（signature wave pattern）。每一个电子都表现得像波一样。作为波的光呈现出了粒子性，而作为粒子的电子呈现出了波动性。
玻尔的解释是这样的：
We can't describe what's traveling as a physical object. All we can talk about are the chance of when the electron might be. This "wave of chance" somehow travels through both silts producing interference just like water wave. Then, when it hits the screen what was just the ghostly possibility of an electron mysteriously becomes real.
这便是著名的“哥本哈根诠释”（The Copenhagen Interpretation）。在我们观测前，电子可以同时处在任何地方。爱因斯坦很不喜欢这一解释，他的反击是这样的：首先给出量子纠缠态（entanglement）的定义，两个处在纠缠态的量子，即产生于同一事件的两个粒子，无论相隔多远，其属性都呈现出亲密的联系。以转动中的两枚硬币做喻，当转动停止时，必然是一枚正面朝上，一枚反面朝上。哥本哈根派认为转动的硬币同时存在正反两种可能性，难道说，这两枚硬币在落下的瞬间超越了时空偷偷商量吗？爱因斯坦讥讽地称其为“spooky action at a distance”，鬼魅般的远距作用，他相信没有速度可以超越光速，即使是信息。爱因斯坦主张，结果在观测前已经存在，只不过对我们是不可见的。两个处于纠缠态的量子不像旋转的硬币，更像是一副分开放在两个箱子中的手套，箱子中的手套并不因观测而改变，量子力学存在巨大漏洞。
爱因斯坦和玻尔谁是正确的呢？二战耽搁了这一重要的争论，冷战时期量子力学在各领域的突出表现使实用主义家们喊出了“Shut up and calculate”。但约翰·贝尔（John Bell）并非其中一员，作为爱因斯坦的支持者，他开始思考量子力学引发的一些问题，如何能通过实验来证明爱因斯坦和玻尔的正确与否呢？1964年，他提出了轰动世界的贝尔不等式。1972年，UCB的一帮hippy physicists将实验数据代入贝尔不等式，他们希望证明“超距”的存在，如果两个粒子可以交流，那么超感觉知觉，心灵感应和透视都是可能存在的。
他们发现，爱因斯坦错了。
量子生物学
本集作者试图同量子物理解释几个生物学疑题，我本人对生物学兴趣寥寥，再加上物理和生物学储备都不足，这部分的笔记比较简略。
（今天写不动了……）
