光子何以起舞？

本文转自：文汇报

光子何以起舞？

——走向浪漫而谨严的量子物理林中路

2022年诺贝尔物理学奖得主安东·蔡林格

《光子之舞：爱因斯坦，量子纠缠和量子隐形传态》 [奥]安东·蔡林格 著 刘宁 译 中信出版集团出版 ■ 韩贵东

事实上，我们对于“薛定谔的猫”“上帝掷骰子”这类思想实验并不陌生，甚至常用这些概念来形容、评价日常生活中所见到的诸多鬼魅现象。同样，人们对诸如《星际迷航》《明日边缘》以及《星际穿越》等科幻电影中呈现的“瞬间位移或传送”情节也熟稔了然。不过，对大多数人而言，似乎从来不会去深究这些思想实验背后的科学原理及其逻辑关涉。由此，也就无须妄谈科幻电影情节内外的量子传输何以可能。当然，究其原因在于，科幻传送术的想象力视觉展演与量子物理的高深莫测并不能够完全画等号，而这恰恰意味着若想了解量子物理的发展动向，需要一种及时祛魅的科普方法论。在这个意义上，2022年诺贝尔物理学奖获得者安东·蔡林格的《光子之舞：爱因斯坦，量子纠缠和量子隐形传态》（以下简称《光子之舞》）一书不仅能够成为人们了解量子物理相关议题的一个窗口，而且它以大量具身性的量子实践活动，诠释了光子舞动背后的“科学浪漫主义”精神。

“学理性建构”：量子物理的认知框架

确切地说，有关量子物理的科普书籍并不少见，如曾谨言《量子力学》系列、曹天元《上帝掷骰子吗》、灵遁者《变化》《见微知著》等等，这些书目几乎无一例外地展现了量子论的历时性发展与共时性关联，同时，还增补了基于主体生活经验体认的量子物理认识论内容。但是，相比于这些量子论的科普性书籍，蔡林格的《光子之舞》却另辟蹊径，在真正意义上走出了一条兼顾学理性建构与风趣浪漫表达的林中路。

缘何有这样的观点？从书的副标题就可管窥一二，因为“爱因斯坦”“量子纠缠”与“量子隐形传态”本身就构成了此书的三个关键部分，其前后的逻辑印证与历时性发展脉络书写符合读者审美接受的阅读习惯。具体而言，爱因斯坦与量子论的关系从“光量子假说”开始，到“光子盒”等思想实验以及与玻尔论争等等，再到量子纠缠的巧妙运用，使科学家能够制备并操纵光子纠缠，最终实现量子隐形传态的诸多可能。这相当于在普通读者心中搭建出了量子物理的认知框架，并能够在学理性内容的思索中了解量子论的前世今生。

值得一提的是，本书最为关键的落脚点正是对量子隐形传态的大量描述。虽然，此书的英文版早在2010年就已问世，也就是说量子隐形传态在量子物理学界与业界并非陌生化的概念，但对于大多数读者而言，仍存在瞎子摸象般的认知偏差。因此，书中的系统性阐述为读者重新搭建了有关量子物理发展的认知框架。而对量子隐形传态特征，如非瞬间性传输、不超越光速以及状态移动而非复制的内容纠偏，则让读者更易把握量子传输的基本规则。可以说，这一系列学理性极强的科学活动被蔡林格在科学论证中娓娓道来。

如上所述，此书在学理性上建构了一个量子物理认识的体系，但不意味着这种建构落入一种“俗套”。换句话说，这本书是一位获得诺贝尔物理学奖的量子科学家送给普罗大众的“量子物理诗”，其权威性、科学性以及学理性都无可挑剔。颇为有趣的是，此书通篇竟没有复杂冗长而又诘屈聱牙的物理公式与数字符号，取而代之的则是为了阐明必要概念而增加的简体画。这种做法非但没有降低书本内容的学理性表达，反而将量子物理的认知理路朝向了更为通俗易懂、晓畅得当的视域之中，使读者在量子科学的内容梳理与体系搭建中感受到蔡林格的谨严与真诚。

“故事性书写”：自由浪漫的量子世界

有关浪漫主义的话题往往与艺术生产有着千丝万缕的联系，但《光子之舞》里的量子世界却弥漫着极强的“科学浪漫主义”氛围。私以为，这与蔡林格颇具故事性张力的书写技法不无关系。众所周知，好的科普书籍或是在群体性的社会共识中采用通俗化的表达话语，或是通过假定性的故事写作方法诠释科学魅力。但问题是，大多数科普书目要么揶揄了科学的严谨性，要么摒弃了文学的故事性，这就导致科普变成了一种颇具说教意味的填鸭活动。反观《光子之舞》一书，在兼具科学理性与故事讲述的同时，还注入了一种独属于科学家的“科学浪漫主义”的审视目光。

毋庸讳言，科学当然是浪漫的，因为在时间无垠的荒野里，从来都充满着诸多的不确定性，犹如量子世界的叠加与纠缠。准确地说，量子力学的“非定域性”与人生本无常的喟叹有着某种相似性。而蔡林格从奥地利久负盛名的新年音乐会与多瑙河畔的奇妙量子实验为开篇序章，仿佛也是有意将人类文明中的艺术与科学融会贯通，使读者思考量子物理世界的同时，并不丢失艺术带来的心灵熏陶与情感共鸣。

蔡林格的故事创作能力令人啧啧称奇。全书共有36章，但并非全然是量子科学的诠释，而是以一种间歇性的故事叠加手法掌控着整本书的表达节奏。比如第一至七章主要介绍光的量子认识、量子力学测不准原理以及爱因斯坦光量子假设与辐射熵和气体熵的关系等等，但紧接着第八章却以故事性的手法有意地虚构了一个误用测不准原理为自己辩护的超速驾驶的司机形象，旨在提醒读者代入角色，来思考微观与宏观物理规律的差异。实际上整本书充满故事性的人物塑造有多处，再如第十至十七章两位虚构人物爱丽丝与鲍勃对贝尔不等式违背实验、量子纠缠现象等深入浅出的小说式对话，以及在第二十一章哲学系学生查理与爱丽丝、鲍勃等的短途旅行对谈等等。这种将量子科学理论，与科学活动故事作穿插讲述的手法，不仅可以达成审美与科学论证相结合的科普目的，且能够真正让读者感受到一位量子科学侠客的流浪行吟之旅。

另外，值得谈论的是，作者蔡林格不但将自由给予了超越量子物理以外的科学哲学，更将浪漫馈赠给生于斯、长于斯的奥地利，这或许就是一个科学家朴素浪漫的乡土情结的呈现。本书的最后章节标题为“这一切意味着什么？”，这种哲学发问本就是一个科学家对量子物理探索的旨归总结，亦是给予量子隐形传态隐含意义科学哲学追索的必然选择，可见作者在科学之外的哲学态度与潜在的思考余韵。到了书中的第二十一章，查理、爱丽丝与鲍勃在旅行即将结束之际，顺路拜谒薛定谔的墓葬，处处透露着一种“前人栽树，后人乘凉”的科学浪漫精神，对奥地利人薛定谔与莫扎特的追忆和查理的年轻哲学系学生的人物设定，锻造了继往开来的科学使命感，昭示着一种科学担当的“作者意识”。

“未来性畅想”：翩然起舞的量子共识

细心的读者可能会发现，全书通篇即便是围绕着量子物理的内容进行讲述，但并非沿用自说自话的表达态度，反而是在36章的内容切换中潜移默化地融贯一种朝向未来的系统性、敞开式、创新化的对话关系。换言之，书中的量子物理世界并非止步于对量子隐形传态实验的探索，而是寄希望于全球范围内量子科学研究的群体性话语建设，即能够达成群体经验分享与认知共识，或者说构建量子物理研究共同体。

诚然，这种极富有未来主义关怀的情感投射于《光子之舞》的字里行间，更来自于蔡林格与其学生潘建伟院士的师生情谊。从书中重回故事伊始时多瑙河下的量子隐形传态实验开始，到之后对量子纠缠交换、延时选择量子隐形传态、连续变量量子隐形传态、量子中继等内容的重点介绍，再到第三十三章对量子隐形传态的未来展望以及对其诸多不切实际幻想的批判等，可以说，这种回环式的结构书写表现了一个量子物理学家坚定的科学初心与使命召唤。实际上，从《光子之舞》英文版问世到中文版的发行，量子隐形传态早已有了新的科学进展，如我国“墨子号”量子科学实验卫星在2017年便完成了卫星与地面间的量子密钥分发、量子纠缠分发和量子隐形传态三大科学实验任务，但是我们仍不能忽视蔡林格作为量子信息领域先驱与开拓者所葆有的科学未来主义关怀。而这似乎也成为潘建伟院士学成回国后专注于量子物理科学、带领团队攻坚克难的初衷。

准确地说，畅想一种量子物理的美好未来，本就需要勇气，毕竟，科学的未来与科幻想象不同，需要厚实的技术支撑与谨严的科学预演推敲，而背后则是无数科学家抱团取暖的精神传承。因此，与其说《光子之舞》是一本量子领域科普性的书籍，倒不如将其放置于更遥远的量子未来中，将其当成拓宽人们科技想象边界的站台，由此，走向更为迷人而充满光彩的量子世界。

“去年今日此门中，人面桃花相映红；人面不知何处去，桃花依旧笑春风”，读罢《光子之舞》的刹那，总觉得从书本中摇摇晃晃地撞击出与崔护《题都城南庄》相似的离散感，不过这种阅读体验并非是离愁别绪一般的怅然若失，反倒是在量子纠缠的生命行旅中，更期待一种自由跋涉的浪漫与生命轮转的美好可能。当然，或许广袤之寰宇，沧海之一粟，我们来时与去处的秘密，都在《光子之舞》的量子隐形传态之中。