简介
量子力学可以证明你是蝙蝠侠？
怎么能让薛定谔那只猫活过来？
每个人都可以建造一个自己的粒子检测器？
世界是一场幻觉吗？
海鸥的鸣叫和夸克有什么关系？
你该怎样给Z粒子讲一个笑话？
……
关于量子力学和粒子物理学，你想知道的这些问题，以及更多更多的问题，在这本书里都能找到答案！
充满激情的英国科学教育新锐蒂姆·詹姆斯继《元素周期表何以解释一切》之后，为我们带来了这本全面的量子力学科普入门指南，从微观世界的维度解读了世间的一切。书中对现代科学中所知的所有量子现象（包括这个领域最新的发展）给出了清晰的解释，以幽默轻松的方式讲述了科学界最聪明的头脑做出这些惊人发现的古怪故事，并为我们提供了从微芯片到粒子加速器的一切。
作者介绍
[英] 蒂姆· 詹姆斯 Tim James
高中教师，YouTube博主、博客博主以及Instagram博主，英国流行科学作家。他教授化学和物理，每年为物理研究所做讲座，也曾作为科学专家出现在BBC电台。
蒂姆是被尼日利亚的传教士抚养长大的。取得化学硕士学位后，他专攻量子力学。毕业后他直接进入课堂，把科学教给每一个愿意听的人。国内出版作品：《元素周期表何以解释一切》。
部分摘录：
第1章 容“光”焕发 光的历史 量子力学从尝试理解光开始，几千年来人们为此绞尽脑汁。大约公元前5世纪，希腊哲学家恩培多克勒率先建立了光的理论。
他相信人眼中有一块奇妙的火石，由脸部向外射出光芒，从而照亮我们想看到的任何物体。[1]这个想法颇有诗意，却也存在一个明显的漏洞：如果眼睛能发光，那么我们就应该能看见黑暗中的物体，因为眼睛本身就是火炬。
也正是恩培多克勒提出了四大元素物质（火、水、风、土），这一观点已经被我们抛弃；他还认为没有躯体的四肢在世界各处爬行，直到随机结合形成各种动物，试图以此来解释生物多样性。
事实上，恩培多克勒在科学史上的工作就是提出一些疯狂的想法，然后由其他人证明这是错的。尽管在光线这个例子中，人们花了大约1, 300年才意识到这个错误。
直到阿拉伯学者海什木出现，人们才最终放弃了恩培多克勒的观点。海什木做了个实验，他解剖了一颗猪眼球，发现光线在眼腔内的反射与在暗室里是一样的，也就是说，光线来自周围的物体，而眼睛恰好阻挡了光线的路径。[2]
人类花了一千多年才确定眼睛没有发出奇妙的光线，这可能有些奇怪，但那是个不一样的时代，当时所有人都认为是人类赋予了物体存在的意义，因此人类看不见的东西不需要有外观。
幸运的是，海什木完成的实验超越了人类的自负心理，逐渐变得流行起来。人们认定，光来自物体本身，沿直线射进我们的眼睛—无论光是什么。接下来就到了文艺复兴时期。
可以说，勒内·笛卡尔是文艺复兴时期最有影响力的科学家、哲学家，他提出了关于光在物理学领域的另一个伟大想法。
笛卡尔注意到，点燃蜡烛时，房间的每一个角落同时被照亮，就像池塘中心的涟漪可以同时到达每一个边缘那样。他推断，光是一种类似的现象；我们周围各个方向都有一种看不见的物质，笛卡尔称之为“实空”，涟漪与波浪穿过“实空”就形成了光。[3]
唯一反对实空波理论的人是艾萨克·牛顿。牛顿的主要工作就是反对不如自己聪明的人（基本上是所有人）。
牛顿指出，如果光是通过某种介质的波，那它会在经过物体时弯曲，就像水波在绕过岩石时会弯曲一样。影子的边缘会因此变得模糊，但事实上影子的边界非常清晰，所以光是由粒子构成的想法更加合理。牛顿把这种粒子叫作“微粒”。[4]
光的微粒理论不可避免地超越了笛卡尔的实空波，这很大程度上是因为牛顿的名人身份，以及他凌驾于任何挑战他的人之上的缘故。
因此，如果牛顿听说一个叫托马斯·杨的人在他死后70年的时候做了个实验，并得出了相反的结论，他一定会大吃一惊。当然，这里指的是牛顿死后70年。托马斯·杨在那个实验之后很少再亲自做实验。
天才的涟漪先生 托马斯·杨有着18世纪最杰出的头脑。他破译了罗塞塔石碑，是第一个破译埃及象形文字的现代人，他可能因此而最为人熟知。托马斯·杨也最早注意到人眼中的色觉感受器，他写过几本医书，会14种语言，能演奏12种乐器，并发展了现代弹性理论。[5]
1803年，托马斯·杨的“双缝实验”真正奠定了光波理论（非常刻意的双关(1)）。
我们先回想一下波浪穿过池塘的情景。想象一个有规律的脉冲波在平静的液体表面移动，穿过了一个有狭缝的屏障，波平稳地移动到狭缝的另一侧，然后轻微地呈扇形散开—这个过程我们称为“衍射”。
波之所以散开，是因为波边缘的能量消散在附近的水里。从上往下看，我们得到了与下图相似的图案，其中实线表示波峰，虚线表示波谷。
现在，我们试一下有两条狭缝的屏障。同样的事情还是会发生，但这一次我们看到两条波同时衍射，最终在某个点相互叠加或相互抵消。从上往下看是这样的：
在某些地方，你能看到波与波完美地叠加，一个波峰与另一个波峰相遇，在水面形成“大波峰”。在这些大波峰之间，有些地方的波是不同步的，波峰遇到了波谷，得到了不一样的效果。在这些地方，波相互抵消，水面几乎没有任何波动。
如果我们在池塘的边缘放一块屏幕，混合后的波会冲击它，大波峰和相互抵消的波会交替出现。从正面（而非从上往下）观察屏幕，波留下的图案是这样的：
这里，我们看到的是双缝衍射后波的干涉效果，它形成了高强度与低强度交替的图案，这种现象我们称为波的“叠加”。
托马斯·杨重复了这种叠加图案，只不过他使用的是光束而不是水。点亮一根蜡烛，让烛光穿过墙上的双缝，托马斯·杨最终在探测屏上得到了明暗交替的斑马条纹，类似于水波混合留下的图案。
如果像牛顿坚称的那样光是由粒子构成的，那么当它从两个狭缝射入、击打在另一侧的墙壁上时，应该会形成一团“糨糊”。而我们实际得到的斑马条纹只能用一种方法解释：光是某种形式的波。
牛顿的反驳是影子具有清晰的边界，这仍然有一定的影响力，但此时他已经死了，一些人敢于质疑他的学说。如果你非常仔细地观察影子的边界，的确会看到模糊的边缘：只是它们太小了，很容易被忽略。粒子理论解释不了这一点，但绕过物体的波可以解释。
携带这些波的物质，起初笛卡尔称之为实空，后来它有了更奇特的名字—“以太”。光的本质终于确定了。
笛卡尔的思想无疑是超前的，但直到有了实验证明他的思想才被接受。这是个有力的暗示，让你不要把笛卡尔放在马前面。我差一点要为那个笑话感到抱歉。(2)差一点。
世纪灾难 到20世纪初，再也没有人质疑光的构成了。托马斯·杨已经彻底解决了这个问题。然而，还有一些事情被忽略了，最值得注意的是光与热物体相互作用时发生了什么。要理解其中的奥秘，我们就不得不谈到软管。
想象一根软管，它的喷嘴连接在一个盒子的底部，当软管接通水的时候，盒子就会逐渐充满水。现在，假设我们在盖子上戳三个孔：一个小孔、一个中孔、一个大孔。同样，我们接通水，水还是会充满盒子，然后从顶部的孔里流出。很明显，最大的孔水流最多，而最小的孔只有很细的水流。这个装置没什么意义，只不过操作起来很简单。我们从盒子底部泵水，水从顶部的孔里流出。
物体变热时为什么会发光？上述实验是个很好的类比。物体变热时会吸收热能，吸满热能后，热能就以光的形式释放出来。
在这个类比中，软管中的水代表施加在物体上的热，而孔代表发射出来的不同类型的光：小孔代表红外线（能量太低，所以看不见），中孔代表可见光（从红色到紫色），大孔代表紫外线（能量太高，所以看不见）。
深色物体在这种热光转换中效率最高，因为它们吸收所有的热量。用物理学术语表示，理论上完美的吸热体被称为“黑体”（尽管它并不是字面上的黑色物体）。
整个过程可以用简单的瑞利-金斯定律来恰当地描述，这是个很好的近似解，尤其是在低温到中温范围。但当物体被加热到高温时，就会出现一些非常奇怪的事情。
从逻辑上讲，热物体发出的大部分光应该是紫外线，因为紫外线是能量最高的光（相当于盖子上最大的孔）。但实际上，物体发出的几乎所有光都是中等波长的。
热物体发出的光有一点点红外线和一点点紫外线，大部分是黄光或橙光，这可解释不通。就好比盒子里充满水，然后水几乎全从中孔喷出来，而不是从大孔喷出来。
事实上，相较于我们的三孔类比，真实情况甚至更令人困惑，因为真实的光并非只有三种类型，而是可以有它喜欢的任何能量。更准确的画面可能是这样的：想象一下，沿着盒子顶部切割出一条狭缝，却发现水只从狭缝中部涌出，而没有从边缘渗出。