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[科教] 谁说给孩子讲量子力学,一定要懂了

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发表于 2-20-2017 01:59 PM | 显示全部楼层 |阅读模式

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写书评往往费力不讨好,所以偷懒的作者假装读完了书,而只谈自己知道的与书本身无关的内容,用这种方法甚至可以给虚构的书写书评;如果不幸真的读完了书,另一种偷懒的办法是复述原书中的内容,装作是自己的见解和知识,这样的书评兴许还有替读者节省精力的价值。

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李淼《给孩子讲量子力学》

我想评论李淼的新作《给孩子讲量子力学》时,发觉这两种偷懒的办法都不好使了,因为书的篇幅如此之短,如果站在书店翻阅,还没结账就能读完,连找把椅子都不需要。虽不是故意的,我还是真的读完了,但复述概括的办法也不行,因为这本书已经惜墨如金,实在没有必要再重复一遍。

另外,我是网购的,这里有必要建议实体书店,不要允许顾客拆封膜,正面朝上堆放,让写着“马云、徐小平、罗振宇”的广告语对着顾客就行。当然还有刘慈欣的推荐,我是没有看到具体推荐语,因此不能说明什么,毕竟李淼之前出了《〈三体〉中的物理学》。

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李淼《〈三体〉中的物理学》

我买这本书,是因为李淼自己的推荐,他在澎湃问吧上说:“不要老是妄自菲薄,觉得连外国的月亮都比中国的圆。我相信《给孩子讲量子力学》就不比《七堂极简物理课》差。” 于是,先在网上看了目录,一共四讲,最后一讲是“量子计算机和人类大脑”,我很好奇,因为关于量子计算机的中文科普很少,而且至今都没有满意的,达不到让人弄懂的程度。

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《七堂极简物理课》

由于工作关系,我曾约请加州大学洛杉矶分校物理系的一位研究员写量子计算的科普,他写了不少量子密钥分发技术(俗称量子通信)的科普文章,影响很大,但他直言,虽然自己对量子信息理论和应用有浓厚的兴趣,但写量子计算心里没底,关键是自己没有真懂。他读了中英文的各种资料,都不满意,也没有信心超过这些文章。所以他说,“如果介绍量子计算机国外的动向还好一点,科普就难写了”。

量子计算机不仅是一个科技前沿的领域,有很多未解之谜,还是一个绝密的领域,因为在核爆模拟、密码破译等军事领域的突出优势,研制量子计算机的关键技术都是机密。新闻报道中,也有不少真真假假的内容,比如俄罗斯媒体曾报道“中国学者基于金刚石建成世界首台量子计算机”,但实际只是中科大杜江峰研究组的一项技术突破,想要真正建成量子计算机还任重道远。量子计算要产生相对于传统计算的足够优势,有效的逻辑比特数目必须要大于三十,杜江峰研究组基于金刚石体系构建的固态量子计算载体,虽然单比特门精度已经满足容错计算的需求,但要让成百上千的逻辑比特都达到满足容错计算的精度,系统扩展难度非常大。

而谷歌的D-Wave则是业内共知的炒作高手,它只是针对特定环节,做特殊算法的量子退火机,并不是真正通用的量子计算机。时至今日,真正的量子计算机怎么建,用什么建,是否能建出来,没有人能讲清楚。所以,看到李淼专门用一讲的篇幅给九至十二岁的小学生讲量子计算机,我既好奇又期待,其实我的要求不高,哪怕小学生接受不了,我这样受过数理专业高等教育、已经读了大量这方面科普资料的读者,如果能有所启发,也就心满意足了。

兴冲冲翻到书的最后一讲,结果是失望的,这部分内容,并不能使读者对量子计算机有实质的理解。当然,问题可能并不出在李淼的表述能力和科普写作能力上。

他的写作思路是很合理的,在上一讲谈到量子力学在半导体的应用,在这一讲继续讲量子力学用于制造二极管,进而介绍经典计算机,再过渡到量子计算机,最后谈了谈人类大脑是不是量子计算机的猜想。

他的讲述方式也是生动的,这一讲和全书别的部分一样,用了很多历史人物的轶闻趣事,这部分主要是图灵、费曼和薛定谔,总之就是讲八卦,照顾了目标读者。

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图灵

他该打的比方,该举的例子也都举了。有些例子还很新,比如LIGO探测到引力波的最新进展,以此说明激光的重要性,确实不错。

打比方也不容易,有些比方,你消化后是有益还是有害,那是另一回事了。比如所谓爱因斯坦关于美女与火炉的“相对论”,我认为就是有害的,这类比方容易让人满足于偏差巨大的理解,而停止进一步思考和追问。

李淼在澎湃回答网友问题时,打过一个比方,物理图像上更贴切一些:“有一对年轻的夫妻,妻子去美国生小孩,丈夫留在国内工作。在孩子呱呱坠地的那一刻,丈夫就自动升级为父亲,哪怕他当时与妻子隔着万水千山。换句话说,丈夫当没当上父亲,完全取决于妻子变没变成母亲,两人之间存在着一种神秘的、不受时空阻隔的联系。在微观世界里,两个或多个粒子之间也可能存在这种神秘的关联。这种粒子间幽灵般的相互作用,就称为量子纠缠。”

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李淼在澎湃问吧

不过我还是不太欣赏这类东西,量子纠缠是爱因斯坦都不能接受的东西,难道你只用一个日常身边的例子,就使之可以理解、可以接受了吗?说得难听一点,这其实是庸俗化。当然,好的科普也会打比方,关键在于打了比方,把读者领进门之后,还是要把关键问题讲清楚。

写法上,李淼没有什么可以指摘的,那么,为什么和所有量子计算机的科普一样,最后还是没讲清楚呢。注意,我不是说量子计算机怎么建这些不可能讲清楚的问题,而是涉及原理的基本问题都没有讲清楚。

主要的原因是这本书的定位,他并没有打算讲清楚量子计算机,就如整本书也没有打算讲清楚量子力学,因为给孩子讲清楚几乎是不可能完成的任务,当然,这也是考验作者功力的地方,只是李淼没有交出令人满意的答卷。

我这么说是根据的,在占全书四分之一的量子计算机部分,实际讲到量子计算机本身机制的,大概只有一两页的内容。虽然为了这一两页,作者确实做了合理的准备,要讲量子计算机的主要元件——这个叠加态的“神奇开关”,作者先介绍了薛定谔的八卦,又讲了“薛定谔的猫”。然而,“薛定谔的猫”这部分内容是所有科普书都会写到的,由于篇幅所限,作者的介绍也没比百度百科强多少,如果你在别的地方看到过对“薛定谔的猫”的介绍,读了李淼的书,该有的疑惑还是会有。

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薛定谔

说到底,这么一个篇幅,是不能指望什么的。我想说,李淼这本书诚意不够,从字数上看就是如此。但他可以辩护,这是写给孩子看的,小学生的课本怎么能太厚呢?中国人写教材比美国薄得多,一直是个传统,我个人是欣赏美国那种厚厚的科学教材,把问题讲清楚才是真正的减负。科普读物和教材不同,但要我说,给小学生写的科普读物,方法也是有很多。

你可以虚构一个故事,用文学的方式表达,科学原理融入其中,比如像张远南写的数学故事,伽莫夫写的物理世界奇遇记。那个原创的文学部分,是你施展自己良心和诚意的地方,而不是现在这样,名义上是讲义的正规形式,内容上却没有任何新意,大部分例子网上一搜都能查到。

李淼还可以写成一本量子力学中的科学难题,把那些最深奥、最奇妙的未解之谜罗列介绍一下,唤起小学生的求知欲和好奇心。这样单一的目标,容易在较少的篇幅里处理,现在又讲历史、又讲原理、还要讲应用,篇幅又控制成这样,当然哪一点都做不好。李淼目前这本书,我个人觉得第二讲“物质为何能保持稳定”相对出色一点,可能也是因为主题集中,线索清晰。

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曹天元《量子物理史话》

对量子力学感兴趣的读者,如果不愿读基本的教材,要寻找合适的科普入门读物,就历史部分来说,我更推荐曹天元的《量子物理史话》,了解鬼魅般的量子纠缠可以看张天蓉的《世纪幽灵》一书,回顾量子力学对半导体发展的影响可以看张天蓉的《电子,电子!谁来拯救摩尔定律? 》,关于玻尔与爱因斯坦的EPR争论可以看卢昌海的《纪念戈革——兼论对应原理、互补原理及 EPR 等》一文,如果对量子计算机有兴趣,建议搜一下郭光灿院士的几篇文章,如在“纪念HPC@CAS20周年学术研讨会”上的报告,或者戴维·多伊奇的科普著作《真实世界的脉络》和《无穷的开始》,有中译本。

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张天蓉《世纪幽灵》

我要特别推荐一本书,《10000个科学难题·物理学卷》,李淼也是撰稿人之一,不过他写的不是量子力学的内容。此书集合了国内活跃在物理科研一线的许多著名学者,撰稿人阵容非常强大,里面有郭光灿对量子计算机的综述文章,当然还有量子力学的其它应用,以及物理学其他领域方方面面问题的综述文章,这是一本非常有价值的科普读物,是集中力量办大事的成果。

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《10000个科学难题·物理学卷》

比如,书中有篇文章介绍了牛顿万有引力定律(反平方定律)的实验检验,很少有科普书会把这种经典的内容列入未解的“科学难题”,而这篇文章告诉读者人类对引力的认识还很落后、很有限。顺便一提,国外学者的一本类似的书《21世纪新物理学》也有中译本,同样是由专家对前沿领域做科普性质的综述。

好的科普不是灌输知识,一提科学,不等于就要高高在上讲一些确定无疑的东西,科普的目标是唤起好奇心,激发求知欲。中国是否要建设下一代高能对撞机,近期的这场争论具有两个貌似有违科普的特点:非常专业、不易下定论,但这确实是一次非常重要的科普,通过媒体取得了巨大的舆论反响。

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欧洲核研究组织大型强子对撞机

在更前沿的量子物理世界,未解之谜就更多了,许多科学大师都留下了著名的争论,有太多素材可以为科普作家发挥。

黄祖洽在《现代物理学前沿选讲》的开头说,1947、1948年的时候,他还在清华念书,课余曾给工人夜校的青年工人讲过一点科学知识,有几次谈到了关于物质组成和运动的问题,他看工人提问兴趣挺广,就谈了一些有关相对论和宇宙起源的,当时算相当前沿的物理知识,他们好像也可以理解。因此他说,这种前沿问题可以在任何水平上来讨论,重要的是要了解“我们今天已经从物理上解答了多少?还有些什么问题需要我们继续努力去寻求解答?”就这个目标来说,李淼这本书没有很好回答后一个问题,没有让人鸟瞰到物理学大荒原开垦过和未开垦到的全貌,而是急于用通俗语言分享他的知识,这也让他对前一个问题的回答,显得让人似懂非懂。

总之,李淼选择了一个最大的标题,最有野心的目标,却用了最简单偷懒的做法。

这里面可能也有商业操作的原因,不能归咎于作者个人。既然扎克伯格给女儿读婴儿版量子力学,那么中国也需要一本这样的书,或许更高阶一些,至于达到了什么目标,并不需要更多思考和理由。物理学的世纪已经过去了,在互联网的世纪,游戏规则就是这样,谁关心物理学的感受呢?

当然,物理学家希望扎克伯格、马云他们这些互联网商人对量子力学感兴趣。

IBM在量子计算机领域深耕多年,谷歌从2014年起一直致力于利用超导量子电路实现量子计算,2015年英特尔也成了量子计算机赛场中杀出的黑马,在超纯硅片上构建了多位的量子比特模块。

国内已有许多科研单位在努力,除了之前提到的中科大杜江峰研究组的成果,清华大学正在研究离子和核自旋的量子计算;国防科大和中科院武汉物理数学所正在研究离子系统的量子计算;南京大学正在研究基于超导材料的量子计算。

马云当然没有干看着,2015年,中科院与阿里巴巴合作成立了亚洲首个量子计算实验室,阿里巴巴还是“中国量子通信产业联盟”的首批发起单位。

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中科院与阿里巴巴合作成立亚洲首个量子计算实验室

可见,马云需要李淼的“私享课”,中国的孩子确实也需要一本这样的书,从互联网思维看,这叫战略布局,至于书的内容,虽然可以做得更好,但好像也不那么重要了,有了扎克伯格的榜样在前,谁说给孩子讲量子力学,一定要懂了?

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发表于 2-20-2017 02:37 PM | 显示全部楼层
感谢Henna分享~~~
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发表于 2-20-2017 11:17 PM | 显示全部楼层
楼主Henna帖子好赞~~~
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