薛定谔的小猫：平行宇宙、多重宇宙、时间旅行、黑洞、虫洞、宇宙大爆炸……在这里你将找到理解理子理论所需要的一切知识。

• 1.领略科学家的思想实验的魅力与内涵，明白这只不死不活的猫的来龙去脉。

  2.专业而不学术，严谨而不古板，不胡说，不戏说，既是量子物理的史诗，又是科学家探索世界本质的故事。

  3.二十年经典普图书全新改版，全面校订。新识更新，术语校正，物理符号规范。

  4.和《寻找薛定谔的猫》一起完整地介绍了量子物理的过去历史与未来探索的新发现。

   

  既有思想深度，路数又非常清晰。是非常难得的高级科普读物。完全读懂这两本书是不容易的，但却非常值得一读。

  ——中国科学院自然科学史研究所 方在庆

   

  只要你有一点点耐心，你一定可以看懂。这两本书写得的确很好，是目前有关这一内容写得最好的书。我可以保证这一点。

  ——华中科大物理系教授 杨建邺

平行宇宙、多重宇宙、时间旅行、黑洞、宇宙大爆炸……在这里你将会找到理解量子理论所需要的一切知识。你将读到这样一些看起来是自相矛盾的现象：例如光子(光的粒子)可以在同一时刻位于两个位置，原子能够同时通过两条路径，对于一个以光速运动的粒子来说时间是静止的，等等。同时，你还会发现量子理论是可能实现星际传送的理论依据。那只不死不活的猫及其后代充分体现了量子世界的奇异性，通过对它们的考察，我们可以轻松地进入量子的世界。在重新考虑光的本质问题之后(这个问题在量子论和相对论中都是一个关键问题)，一些新的思想便出现了。这些思想能够解释真实性的本质和解决所有的量子之谜。

你准备好了吗?

约翰•格里宾(John Gribbin)，英国著名科学读物专业作家，萨塞克斯大学天文学访问学者。他毕业于剑桥大学，获天体物理学博士学位,现在是萨塞克斯大学的客座天文学研究员。曾先后在《自然》志和《新科学家》周刊任职。1974年约翰•格里宾以其关于气候变迁的作品获得了英国最佳科学著作奖。经常替《泰晤士报》、《卫报》和《独立报》撰写有关科学的文章，著作等身（50多部）其中包括《寻找薛定谔的猫》（海南出版社）、《大宇宙百科全书》（海南出版社）、《探索大爆炸》、《漫画时间史》（与凯特•查尔斯沃思合著）等书。

前言

序章  问题

光的奇异性  >  002

电子干涉  >  006

标准观点  >  011

深水  >  015

盒子中的猫  >  020

真实性的另一面  >  024

薛定谔的猫的儿女  >  030

第一章  古代光学

第一个现代科学家  >  036

从伍尔西索普到剑桥再到伍尔西索普  >  039

在牛顿的遮蔽下  >  042

牛顿的世界观  >  044

扬的观点  >  050

菲涅耳、泊松及亮斑  >  055

书籍装订商的学徒  >  058

法拉第的场  >  060

神秘的颜色  >  063

惊人的麦克斯韦方程组  >  067

第二章  现代

以太之死  >  073

走向狭义相对论  >  076

爱因斯坦的洞见  >  079

超光速与时间倒退  >  085

进入光子世界  >  088

教爱因斯坦计算光子的人  >  092

有关光子与物质的新理论  >  097

量子电动力学的胜利  >  105

未来的光学  >  110

第三章  奇异而真实

看到不可能的光  >  117

深入探索光子行为  >  123

兼顾双方  >  129

无中生有  >  132

“赶紧发送我，斯科特”  >  134

量子密码术  >  137

深入光子内部  >  140

观察量子  >  142

奇妙的电子回路  >  144

什么时候是光子  >  147

第四章  绝望中的补救

哥本哈根解释的垮台  >  156

我想，因此  >  159

冯· 诺依曼的愚蠢的错误  >  163

不可分割的整体  >  167

宇宙的扩散  >  172

量子主题的多元性  >  179

绝望中的忠告  >  185

相对性的一个方面  >  189

一个与时间有关的实验  >  194

第五章  思考之思考

构造夸克  >  203

认识爱因斯坦  >  216

描述不可描述的  >  225

了解现实世界  >  230

进驻量子实在的整体进路  >  236

结语  解决方案：我们这一时代的秘密

充分利用质量  >  242

把万有引力串起来  >  247

复杂性的简单方面  >  252

与宇宙握手  >  255

拿出时间去制造时间  >  261

参考书目  >  266

无中生有

不仅仅光子可以从真空涨落中产生，量子定律折中了能量不确定度和时间不确定度，只须等待相对来说足够长的时间（仅仅是“相对”，这里处理的是 1 秒内的情况）真空就可以获得一份能量，用来产生一个质量很小的粒子（例如光子，尽管其静止质量为零，但它有确定的能量）。如果想要产生更重一些的粒子，真空只须等待更短的时间（因此，从真空涨落诞生的电子 – 正电子对瞬间湮灭，并把能量交还给真空）。量子真空的真实图像是一个蒸腾着各种忽生忽灭的粒子的大旋涡。

一些天体物理学家给出了最极端的例子，他们认为，整个宇宙也许就是一个量子涨落。初看起来，这并不容易理解，因为宇宙迄今已有 150 亿年的演化史，大量的物质粒子涵盖于其中，在保证质量能量为正的前提下，负引力场能量的假设就会导致宇宙的真空涨落。量子引力理论告诉我们，如果对应着宇宙质量的一个极小的能量泡突然出现在量子尺度内，它的质量能量与引力能量可以完全达到平衡。这就是说，整个量子宇宙的能量为零，因此其寿命很长，宇宙诞生的最后一个过程就是膨胀，这个过程在远比 1 秒钟要短的时间内，把只有亚原子般大小的宇宙变得像篮球一样大，经过最初膨胀阶段的宇宙在以后漫长的岁月里继续演化、扩张，就像我们现在看到的这个样子。

我们暂且不去考虑宇宙的真空涨落，这里我想告诉你一个有关探测真空涨落现象的实验，利用了铯原子与真空涨落相互作用这一事实。

对真空的正确描述不是“空空如也”，而是应把它看成一个由诸多电磁场态组成的叠加态（你也可以把其他场添加进去，但是为简单起见，让我们只考虑电磁场）。这些电磁场态可以看作是一根拨动着的吉他琴弦发出的各种音符，并且（和一个原子内的不同电子能级类似）它们构成了能量阶梯，而每级台阶的高度就对应着单光子能量。当一个原子发射一个光子的时候，同时发生的另一件事就是真空场也相应获得一份对应频率的能量来与原子中电子损失的能量相匹配，这样真空场就会在能量阶梯上向上移动一级，从而产生了一个瞬态虚光子，接着真空场又重新跃回原来的状态，虚光子随之消失。这就是原子与真空场相互作用的图像—类似于一根轻微颤动的吉他弦兀自发出的随机音符。

但是，真空场在金属导体表面处的涨落必须修正，这是由于在导体的表面处，真空场的电场分量为零，这样真空场在靠近金属表面的地方损失了一些能量。因此，对于一个在导体表面附近运动的原子来说，其两侧的真空场能量是不同的，此能量使得原子与导体表面存在一个吸引力，它将把原子拉向导体。