當代最活躍的理論物理學家之一尚・卡羅，在本書中集中火力，
暢談被物理學界視為「不夠嚴肅」的量子力學基礎研究，以無礙的思路與生花妙筆，
描繪出量子宇宙觀的完整圖像，並大聲而謹慎地宣告，多重宇宙論中的多世界詮釋，
是已知對於現實最深刻、最全面的理解：
「量子力學並非只是真理的一個近似值，它就是真理本身。」

￭你在讀這段文字的時候，就有好幾個副本的你被創造出來。

本書作者尚・卡羅是知名理論物理學家，也是全世界最受讚譽的科學健筆之一，在著作中重新書寫了20世紀的物理學史。《潛藏的宇宙》已被譽為傑作，這本書第一次描寫了與量子力學基本謎題的正面交鋒，如何徹底扭轉我們對空間和時間的思考方式。他調和量子力學與愛因斯坦相對論的方式，基本上改變了一切。

物理學從1927年開始就陷入危機，但大多數物理學家並未認清這個難堪的事實。量子力學一直有很明顯的裂縫，都被無視了。科普界總是告訴我們它有多怪異，多麼不可能懂：學術界則對有志研究量子基礎的學生潑冷水，說這是「死胡同」。卡羅賭上了他的專業信譽，寫下這本立論大膽卻完全合乎邏輯的書，他在書中表示，這個危機現在可以解除了，只是必須接受宇宙中不是只有一個我們。有很多很多個尚・卡羅，很多很多個你和我。

你的副本每秒鐘會生成好幾千次。量子行為的多世界理論主張，每次發生量子事件，世界連同其中的一切就會跟著分裂，除了沒有發生該量子事件的世界之外。卡羅用獨特的清晰口吻，把反對這項揭示的意見逐一解決，使他的論述最終無可避免必須成立。

關於我們如何思考自身在宇宙中的位置，很難得有一本書如此全面地重新加以整理。一個看待宇宙和萬物本質的全新理解，已經呼之欲出。

￭本書內容分為三個部分：
第一部聚焦在說明測量問題、波函數的機率蘊含，與薛丁格方程式－－請放心，沒有要算給你看，作者最看不慣的就是「閉嘴，去計算」學派－－只是要讓你知道多世界詮釋是怎麼來的，還有為什麼這是目前對宇宙最精準的描述。

第二部，瞄準多世界詮釋的宇宙，邀請你這個觀察者一起進入其中，成為和「宇宙波函數」水乳交融的一部分，這裡沒有古典力學，沒有哥本哈根式的崩陷（或譯為塌縮）這個牽強的解釋。對於量子力學最容易引起投射的一點：意識或自由意志，也細細剖析了一番。

第三部，帶我們回到無垠的疆界中看時空的「湧現」，會用這個看起來很潮的名詞是有道理的，提醒我們必須抗拒「眼見為真」的想法，才能認識到重力的本質，以及一切的可能性都是持續存在，導致多世界是目前最簡潔的、可能最接近「真相」的物理描述。

尚・卡羅（Sean Carroll）
理論物理學家，約翰霍普金斯大學荷母塢自然哲學教授，專長研究領域為宇宙學、重力、場論、量子力學、統計力學，和物理學基本理論。曾獲多家機構頒授獎項，包括美國物理聯合會（American Institute of Physics）頒發的安德魯・格曼特獎（Andrew Gemant Prize）、倫敦皇家學會科學圖書獎（Royal Society Prize for Science Books）、古根漢獎（Guggenheim Fellowship），以及美國航太總署、美國物理學會（American Physical Society）、國家科學基金會（National Science Foundation）的研究基金。

著有《從永恆到現在》（From Eternity to Here）、《宇宙盡頭的粒子》（The Particle at the End of the Universe）和《詩性的宇宙》（The Big Picture）等書。現與作家妻子珍妮芙．威雷特（Jennifer Ouellette）和兩隻貓住在洛杉磯，並主持每週上線的播客頻道Mindscape。

蔡坤憲(譯者)
東海大學物理系畢，交通大學電子物理所碩士，曾擔任逢甲大學光電學系暨物理教學研究中心講師。目前旅居紐西蘭，任教於漢彌爾頓市 St. John's College，《物理雙月刊》紐西蘭科學與物理教育點滴專欄作者。

譯有《霍金大見解》、《時空行者：史蒂芬．霍金》、《觀念物理II》、《時間之冪》、《怎樣解題》等書，著有《觀念物理Ⅵ：習題解答》。

常雲惠(譯者)
中國文化大學中文系畢，紐西蘭懷卡托大學運動休閒研究所學士後文憑。現於紐西蘭中學任職，劍道教學與英文筆譯為主要的業餘興趣。早期譯作散見於1994至1996年的《世界地理雜誌》。

譯有《觀念物理I》、《看見心靈的角落》、《雷達英雄傳》、《霍金——前妻回憶錄》（以上二書與常雲鳳合譯，天下文化出版），近年並參與《物理雙月刊》部分文章的翻譯和編譯工作。

譯者序
開場白：不要害怕

第一部
鬼魅
第一章    這是怎麼回事：放眼量子世界
第二章    大膽的提案：簡樸量子力學
第三章    為什麼會有人在想這個？：量子力學是怎麼來的
第四章    因為不存在，所以不可知：不確定性與互補性
第五章    百轉千迴的纏結：多部分的波函數

第二部
分裂
第六章    分裂宇宙：去相干與平行世界
第七章    秩序與隨機性：機率從何而來
第八章    這個本體論承諾會讓我顯胖嗎？關於量子謎題的蘇格拉底式對話
第九章    其他的方式：多世界以外的選項
第十章    人性面：在量子宇宙中生活與思考

第三部
時空
第十一章    為什麼有空間？湧現與局域性
第十二章    一個振動的世界：量子場論
第十三章    在虛空中呼吸：在量子力學內尋找重力
第十四章    超越時間與空間：全像、黑洞與局域性限制

結語：一切都是量子
附錄：虛粒子的故事
謝誌
延伸閱讀
參考文獻
 

【各界推薦】
《潛藏的宇宙》各界讚譽
「本書是對量子力學這項可能是人類最偉大的智慧成就所做的精采導覽。卡羅以大膽又清晰的文字，巧妙地揭開量子的詭異性，讓我們看見一個奇特但絕對美妙的實在界。」－－布萊恩・葛林（Brian Greene），物理學與數學教授，哥倫比亞理論物理中心主任，《優雅的宇宙》作者

「尚・卡羅這本讀起來無比過癮的《潛藏的宇宙》，要讀者直面量子詭異性這個宇宙的基本特性－－不知道說宇宙對不對？讀到最後，你可能會發現量子詭異性好像沒那麼詭異了。」－－喬丹・艾倫伯格（Jordan Ellenberg），威斯康辛大學數學教授，《數學教你不犯錯》作者

「尚・卡羅的書永遠頭腦清楚，風趣幽默，可讀性極高，同時談得很深。他提倡應該接受量子力學的最極簡版本，訴諸純粹性的吸引力。結果就是全面摧毀我們對現實的傳統認識，以支持十分超現實的多世界觀點。他把我們拉進一個單一現實與一個多重現實之間的戰場，感覺幾乎已經不在人類的理解範圍內。他帶我們看見概念、哲學，與革命的出現。是一本迷人而重要的書。」 －－珍娜・列文（Janna Levin），哥倫比亞大學巴納德學院物理學與天文學教授，《黑洞藍調》作者

「尚・卡羅漂亮地釐清了有關量子力學基礎的爭論，並捍衛最優雅、最勇敢的作法：多世界詮釋。他對多世界詮釋的優缺點提出了明晰、公正，在哲學層面上令人瞠目結舌的解釋。」－－史蒂芬・斯托蓋茲（Steven Strogatz），康乃爾大學數學教授，《無限的力量》作者

「卡羅讓我們坐在前排座位上，看著物理學一個新視野如何發展成形，把我們的日常經驗連結到一個如鏡廳般令人頭暈目眩的宇宙，連我們的自我感覺都受到挑戰。這是非常吸引人的想法，通往潛藏的實在界的線索可能就在其中。」凱蒂・麥克（Katie Mack），北卡羅來納州立大學理論天文物理學家，《萬物的終結》（The End of Everything）作者

「看到這麼多基本問題被解釋得前所未有地好，我簡直感動到掉眼淚。《潛藏的宇宙》是傑作，和費曼的量子電動力學（QED）並列我見過最好的兩本量子力學科普著作，但如果把QED歸類到不同的目標，那這本書就是我看過最好的量子力學科普著作，沒別的了。」－－史考特・阿朗森（Scott Aaronson），德州大學奧斯丁分校電腦科學教授與量子資訊中心主任

「讀起來津津有味，令人難以抗拒。一方面這是一本關於目前最深奧的物理學謎團的書，另一方面也和形上學有關，卡羅有條不紊地引導我們了解，如何在思考現實的真相和隱藏本質之外，找出其中的道理。我愛這本書。」－－普里亞姆瓦達・納塔拉真（Priyamvada Natarajan），耶魯大學理論天文物理學家，《宇宙新圖景》 （Mapping the Heavens）作者

「這本書介紹接二連三的精采概念，我認為非讀不可。我花了很多時間思考多世界和纏結的蘊含，還有我們的實在界總是有無窮盡環環相扣的可能性這件事。真的讓我大開眼界。你愈深入量子力學，它就愈要挑戰你對一切保持開放的思想。」－－丹・舒曼（Dan Schulman），PayPal執行長

「卡羅的新書之所以值得一讀，在於他雖然在這場辯論中明確選擇了其中一邊，但還是針對這個主題給了我們強大、清晰、深具說服力的指引，每一頁都能感受到他對這些科學問題的熱愛。」－－美國國家公共廣播電臺（NPR）

「這個宇宙（與別的宇宙？）的讀者會很樂於有機會在科學巨擘的陪伴下探索這項科學的新境界。」－－《書單》雜誌（Booklist）

「尼爾・迪格拉斯・泰森（Neil deGrasse Tyson） 和約翰・葛瑞賓（John Gribbin）等科普作家的書迷一定會非常喜歡在這本書中探索這些開創性的概念。」－－《圖書館期刊》（Library Journal）

「深具挑戰性與啟發性的書……卡羅流暢地講述各種主題，小到粒子，大到黑洞，讀者能從他對量子理論的探索中，了解當今物理學中某些最開創性的觀念。」－－《出版人週刊》（Publishers Weekly）

「如果你想知道為什麼有些人會那麼認真看待艾弗雷特表述，以及能用它來做什麼，那麼卡羅這本書正是市面上最棒的通俗讀物之一。」－－《今日物理》（Physics Today），美國物理學會會刊

「卡羅的論證方式是好的那種急切，使這本書比其他太多量子力學書有趣得多。」－－《富比世》（Forbes）雜誌

「本書是目前為止對多世界觀點採取擁護立場者闡述得最清楚、最有力的長篇論述，與進行中的最新研究緊密結合。」－－《科學新聞》（Science News）雜誌

「紮實的論據加上引人入勝的歷史背景，絕對能擄獲所有的理科腦。」－－《科學詢問者》（Scientific Inquirer）網路雜誌

【譯者序】
「比科幻還要科幻」的科學
翻譯這本書的過程對我而言，最初就像是「愛麗絲夢遊仙境」一 樣，最後卻促成了我個人的「典範轉移」。

作者尚．卡羅（Sean Carroll）教授曾任教於加州理工學院，目前是聖塔非研究所（Santa Fe Institute）的外聘教授。他是著名的科普作家，在量子物理、科學哲學等領域，可謂著作等身。在臺灣深受好評的暢銷科普書籍《詩性的宇宙》（The Big Picture）就是他於 2016 年的作品。

《潛藏的宇宙》這本書分為三大部分。首先，他帶著讀者複習了「鬼魅」般的量子力學。作者從「上帝是否在擲骰子？」這個波耳與愛因斯坦的世紀辯論主題為起點，深入淺出地回顧了量子力學的基本觀念。

依稀記得大學三年級初次接觸量子力學的那個當下，對於它「離經叛道」的觀念所感受到的困惑與震驚。這個「經」指的是經典、古典物理學的思維方式。當時若非教授的循循善誘，教會我們在面對「新物理」時，要先「接受」，不要試圖從舊物理的思考邏輯來理解它的「心法」。恐怕我至今仍舊無法學會如何從薛丁格方程式求解波函數，以及這個帶有虛數（根號負一）的波函數的物理意義。就這樣，我逐漸接受了機率就是這個世界的本質，同意以波耳為首的哥本哈根學派所提出的「上帝是在擲骰子」的說法。然而，我仍舊無法理解為什麼愛因斯坦無法接受這個想法，也一直對於像費曼這樣聰明絕頂的人會認為「理解」量子力學是一件難事而感到納悶。

看到本書作者把我之前學習量子力學的「心法」稱做「閉嘴、計算」典範，以及所理解的內容稱作「教科書量子力學」時，我的心態從吃驚、略帶排斥，到慢慢接受作者的說法，乃至莞爾一笑之後開始跳出既有的框架，重新審視我先前理解過的量子力學內容。是而希望學過量子物理的讀者也能和我一樣，享受這個「溫故知新」的思考過程。

本書的第二個部分是有點科幻性質的「多世界」圖像。作者深入介紹了以艾弗雷特為首的「簡樸量子力學」（austere quantum mechanics）。他透過本書提問，如果我們只有保留量子力學中最為基本的內容，也就是除了「薛丁格方程式和波函數」之外，移除其他與實驗測量相關的人為設定，那麼我們將會看到一個怎樣的世界呢？答案是：原本因為測量而發生「崩陷」的波函數，會變成因測量而「分裂」出許多個分支，而這些分裂出來的波函數分支就是一個一個獨立存在的「世界」！

換句話說，如果我們勇敢地正視量子力學的廬山真面目，也就是量子特有的纏結和去相干等現象，那麼「多個世界」（波函數分支）就會是一個再自然不過的科學結論，而不是科幻電影裡的情節。這當然不是三言兩語就能說清楚的故事，所以我誠摯地邀請您跟著作者的思路，細細品味這個「比科幻還科幻」的科學推論過程，以及去思考由此而衍伸出來的許多人生議題。譬如說，你希望自己在另一個世界裡的「分身」是啥模樣？正在做什麼？甚至，這些多出來的「世界」或分身是真實的存在嗎？

作者在本書的第三個部分從介紹量子場論和廣義相對論開始，藉此來討論量子重力的研究近況。

我們都知道，物理學家已經建立了大統一理論（Grand Unified Theory，縮寫GUT），能夠成功地統合弱力、強力和電磁力。如果可以把重力也整合進來，那麼距離一個能夠解釋所有現象的萬有理論（Theory of Everything，縮寫ToE），也就是一步之遙而已。量子重力，很有可能就是這關鍵的一步。我們都知道這不是一件容易的事，但是我們也無法想像要跨過這最後的一步到底有多大的難度。

作者在這個部分先介紹了量子場論的基本思維，讓讀者不需要繁複的數學工具，就能掌握「把古典場量子化成量子場」的精髓，我們把電磁場量子化而得出光子就是一個很好的例子。但是，如果希望把重力場量子化而得出「重力子」，則是另一個不同層級的問題。因為廣義相對論把重力視為一種時空彎曲的現象，而非牛頓所認為的那種存在於時空中的一個作用力。如果想把重力場量子化，等於是要把時間和空間量子化，這跟我們日常生活裡的時間和空間是截然不同的概念。因此，我們到底要怎麼理解「重力子」與時間和空間的關係呢？

北歐理論物理學研究所（NORDITA）王元君研究員2015年12月在臺大應力所主講的「黑洞與量子力學：從霍京輻射到火墻悖論」中，用了一個很好的比喻：人類原來的習慣是找好了球場，再約球員們來打球，但是當球場地板也要一起打球時，自然是令人不知所措。

作者借助量子場論裡的真空狀態，以及近年來觀測到的黑洞和大霹靂等現象，捨棄傳統「先古典，再量子」的方式，直接從量子的觀點（纏結、去相干）出發，佐以其他物理、科學和數學的基本觀念（熵、湧現等），針對我們習以為常的「時間」和「空間」深入剖析，藉此探討「古典世界如何從波函數的分支產生出來」的議題，以幫助讀者了解發展量子重力理論所遭遇到的困難，以及可能有的解決方向，例如弦論、迴圈量子重力和重力的熵假說等等。

量子和重力的統一工作，目前尚未完成，也沒有人能夠預先知道解答。然而，與未知共存就是理論物理或科學前沿研究者日常生活的一部分。

如果你也喜歡追根究底，探索宇宙最深層的真實，那麼你一定會喜歡本書作者透過其洗鍊的文筆、生動的比喻所闡述的物理觀念，歡迎你跟隨著他一起思考、審視，並享受那種「腦洞大開」的感覺。

第四章
因為不存在，所以不可知：不確定性與互補性
海森堡開車超速被警察攔了下來。警察問他：「你知道你剛剛車速是多少嗎？」海森堡答道：「不知道。不過我很確切知道我現在人在哪裡。」

我想我們都同意物理笑話最好笑，不過並不是很能準確傳達物理觀念。這個笑話的笑點是從海森堡測不準原理來的，往往被解釋為我們無法同時知道任何物體的位置和速度。但現實不僅止於此。

我們並不是無法知道位置和動量，而是兩者根本就不會同時存在。只有在一個非常特殊的情況下，亦即波函數完全集中在空間中的某個點，其他地方都是零的時候，我們才能說該物體具有位置；速度也是類似的道理。而且我們要是精確測定了其中之一，另一個物理量則是任何數值都有可能。更常見的情形是，這兩個物理量的波函數都包含了各種可能性，也就是兩者都沒有定值。

在1920年代，這些觀念還不是那麼清晰。當時還是很自然地認為，量子力學的機率本質僅表明了它是一個不完備的理論，應該還有一個更接近決定論、更接近古典力學的理論等著被發展出來。換句話說，波函數可能只是一個方式，凸顯我們對真正在發生的事情的無知而已，而不是我們在此宣揚的：波函數就是正在發生的事情的全部事實。剛知道測不準原理的人，首先都會試圖尋找它的漏洞。結果總是失敗，不過在嘗試的過程中我們學到了很多，知道量子實在界和我們熟悉的古典世界有根本上的不同。

一個根本上就缺乏明確物理量的實在界，或多或少會直觀地映現到我們終究能觀察到的東西上，這就成了剛接觸這個領域的人最難接受的量子力學核心特徵之一。有些物理量不僅僅是未知的，而是根本就不存在，即使我們似乎可以去測量它。

量子力學迫使我們直接面對我們所見到的與現實之間的巨大鴻溝。本章我們會看到這道鴻溝如何在測不準原理中顯現出來，而在下一章，我們會從量子纏結現象中更強烈地再次看到它。

。。。 

測不準原理之所以存在，主要是因為在量子力學和古典力學裡，位置和動量（質量與速度的乘積）之間的關係有根本上的不同。在古典力學中，我們可以測量一個質點的位置如何隨著時間改變，看它速度多快，而測出該質點的動量。但如果我們只能觀測單一時刻，那麼位置和動量就完全是互相獨立的了。如果我只告訴你質點在某一時刻的位置，而不跟你說其他的事，你就無從得知它的速度；反之亦然。

物理學家把描述某個系統所需要的數值，稱為該系統的「自由度」。在牛頓力學裡，如果我要完整地知道一群粒子的狀態，你得告訴我每一個粒子的位置和動量，因此描述這個系統所需的自由度就是位置和動量。加速度並不是一個自由度，因為只要知道作用在該系統的力，加速度就可以計算出來。自由度的本質在於它不依賴其他東西。

當我們轉而討論量子力學，開始思考薛丁格的波函數時，事情就變得有點不一樣。要寫下單一質點的波函數，需要考慮這個質點所有可能出現的位置（如果要去觀測的話）。接著，要賦予每個位置一個振幅，這個振幅是複數，平方之後等於在該位置找到質點的機率。這裡還有一個限制：所有這些複數的平方和必須等於1，因為質點在各個位置出現的機率總和為1。（有時會以百分比來描述機率，也就是以100乘以實際的機率；20%和0.2指的是相同的機率。）

請注意，我們剛剛完全沒有提到「速度」或「動量」。因為在量子力學裡完全不需要特別指出動量；這點與古典力學的作法不同。觀察到某個特定速度的機率，完全由質點在所有可能位置的波函數決定。速度不是一個獨立於位置的自由度。這個道理的基本原因是，顧名思義，波函數就是一個波。與古典的質點不同，我們無法同時擁有單一位置和單一動量。我們擁有的是一個包含有所有可能位置的函數，而該函數通常是上下振盪。我們要去測量速度或動量時，這些振盪的快慢程度，決定了我們可能觀察到的結果。

考慮一個簡單的正弦波，在空間各處規律地上下振盪。把這個波函數代進薛丁格方程式，看它會如何演化。我們發現正弦函數有固定的動量，較短的波長對應較快的速度。但正弦函數並沒有固定的位置，它是散落各處的。而且，一個更典型的波形，也就是具有固定波長的正弦函數，它既不局限在單一位置，也不分散，所以它既不會對應於固定的位置，也不對應於固定的動量，而是兩者的混合狀態。[p. 72圖]

我們明白基本的兩難問題在哪裡。我們愈是要設法把波函數局限在空間中某處，它的動量值就會分布得愈來愈廣，而如果想把它的波長固定在某個數值（也就是某個固定的動量），那麼它可能出現的位置範圍就會愈廣。這就是測不準原理（uncertainty principle）。並不是我們無法同時「知道」這兩個物理量，而是，波函數的一個基本事實是：如果位置集中在某處，動量就無法測定，反之亦然。古典物理所謂的「位置」和「動量」並不具有真正的數值，而是可能出現的測量結果。

有時會看到有人把測不準原理從充滿方程式語彙的物理課本抽離出來，運用到日常生活裡，因此有必要強調一下什麼「不是」測不準原理。首先它並不是在主張「每一件事都是不確定的」。在一個恰當的量子系統中，位置和動量兩者有一個是可以確定的，只是無法同時確定而已。

再者，測不準原理並不是說測量就一定會干擾到該系統。如果一個粒子有固定的動量，我們的測量並不會造成任何改變。關鍵是，不存在一個位置和動量同時擁有固定數值的狀態。測不準原理是關於量子態的先天性質，以及量子態和可觀測的物理量之間的關係所作的聲明。測不準原理並不是針對測量這項行為的聲明。

最後，測不準原理也不是在聲明我們對某系統的知識有局限。我們可以準確知道量子態，此外沒有別的東西可以讓我們知道了；即使如此，我們仍然無法準確預測未來所有可能出現的觀測結果。因此認為某個波函數「有些我們不知道的事」是過時的看法，出自我們過去總是根深蒂固地認為能觀察到的就是真正存在的。量子力學教我們的是別的東西。
 

ISBN / 9786269762156
EAN / 9786269762156
頁數 / 400
尺寸 / 15x22cm
注音 / 無
裝訂 / 平裝
語言 / 中文繁體
級別 / 無