退休后，我成为了一名量子力学补锅匠。在大学里教授了五十年的量子力学，研究生涯中玩弄着数学的奇技淫巧，挣扎着通过各式各样的报告、文章、书籍以及电视节目将量子物理福音带给普罗大众之后，量子力学给我的人生留下了深深的印迹。它点缀了我思考宇宙的方式。
然而，自从高中开始，在我发现乔治•加莫夫的经典故事集《汤普金先生》中所描绘的量子撞球和量子林丛林的魔幻世界之后，我备受量子力学带来的不安情绪的折磨。到目前为止，它行之有效，且从未让我抑或是其他人失望。然而，尽管使用它并且在大学里教授它，我在内心深处却觉得自己并没有真的理解它！我感觉自己不过是在重复着量子先哲们精心设计的步骤。像所有物理学家一样，我熟悉牛顿物理，也即经典物理，且当情势需要时，我可以如同传道者一样引经据典，对答如流，飞快说出它的教令、篇章，口若悬河地去描述它，然而我却从未能这样熟悉量子力学。量子力学的古怪之处并不源于它的数学复杂，而在于与生俱来的的悖论和难解之谜。
其中最著名的谜题莫过于薛定谔的那只倒霉的猫的故事---根据量子力学的假设，这只猫同时处于既生又死的状态。其他的难解之谜包含了这样一条论断，即一个量子粒子可以在不同的位置上被同时观测到，这意味着粒子表现得像波一样，波则像粒子一样，而信息则似乎可以瞬时传输。总而言之，这些谜被称为量子奇异。
诺贝尔奖桂冠获得者——理查德•费曼给予了我安慰。尽管他是二十世纪最顶尖的量子物理学家，但是仍旧抱怨“没有人真的懂量子力学”，包括他自己! 然而他这个极其悲痛的自嘲并未给予我太多的安慰。
随后，意外的事出现了。就在我计划着退休且从自己不会与量子力学相处愉快的那种悲伤论断中撤退时，量子信息前沿领域专家克里斯托弗.福克斯（Fuchs）的文章让我犹豫不决。尽管我并不是很懂他的文章，但是这篇文章看上去很鼓舞人心。按照科学圈子的传统，我邀请他来到我的学术之家——弗吉尼亚州的威廉•玛丽学院做了一个报告。他接受了邀请，因而我开始在他帮助下寻找量子力学的新解释。
它被称为量子贝叶斯理论，一语双关地简写成QBism，这么做的原因，我将在这本书中解释。量子力学这些年使我受益匪浅，且它激发了许多设备的发明，这些发明逐步衍生出改变我们生活的整个工业，而 量子贝叶斯理论与量子力学的这些技术方面的应用无关。取而代之的是，量子贝叶斯理论不过是在重新解释该理论的基本部分并赋予他们新的含义。
当我和克里斯成为朋友之后，他很耐心地教导我如何驱散量子奇异的迷雾。在一段时间里，我们相遇在一些国外的会议和研讨会上，诸如在瑞典古堡、加拿大高科技智囊团、瑞士山巅酒店以及巴黎的某个阴郁的礼堂——每个地方，物理学家聚在一起争论着量子贝叶斯理论的是与非。克里斯和我联系密切，交换着无数的电子邮件以及一起饮空了许多酒瓶。对它的理解如同晨曦般慢慢洒在我的身上。
尽管量子贝叶斯理论是激进而又意义非凡，但它并不难懂。我如此缓慢地才将它拥入怀中，是因为传统的量子力学的成功，尽管存在着各种奇怪之处，但是却令人震惊地解释了自然现象以及给出了可靠的预测。如同我这一代人一样，我在一个传统的被笑称为“闭嘴吧，快去计算”的物理学院接收教育。我们被告知去接受量子力学是一个事实，使用它去解释实验和设计小物件，而不必担忧它的深层含义。
“运用它”是“闭嘴吧，快计算”的更礼貌的表述方式。我们被鼓励着先搁置哲学上的顾虑，取而代之去成功解决实际问题。这种心态需要一点时间去适应。
我们这种自负的态度在千禧年之际伴随着量子信息理论的成熟而开始改变，这个理论揭示了量子力学未知的魔力。这些被用于一些非常炫酷的应用中，诸如量子加密（创造一种牢不可破的密码）和量子计算（解决曾经被认为不可解决的问题）。前者已经有商业上的实现，而后者据信不远的将来会成为现实。受科技上巨大进步的鼓舞，物理学界开始用新的视角去审视量子力学的真正的含义。年轻的研究者将不会因为表达出对它的基础的研究兴趣而被当作白日梦者嗤之以鼻。赞扬克里斯和他的合作者的引起新的成果卓著的在已接受的智慧的检验的荣誉是他们应得的，如同搅拌着一个长久以来在炉眼上炆火慢炖的锅。
当我看到量子贝叶斯理论的思想只是缓慢地在物理学界中传播时，我意识到是时候去为那些并不能轻易理解数学公式和方程的人写这本书了。
大约25年前，在一本关于单个原子壮观的新图像对物理学的影响的书中，我并非确信而只是非常期待地写到：“当前我们正在建立的对原子理解的纽带...将赋予它更深的意义，直到某天一个意义深远而简单地想法解开量子的所有谜团。”当然，那一天还未到来，但是毫无疑问，正如二十世纪显微镜学的进展使我们对原子有了更多了解，意义深远而简单的量子贝叶斯理论将在二十一世纪促使我们对量子更进一步的理解。
本书的第一章“量子力学”，主要以非数学的术语介绍传统的量子理论。为了让读者对量子理论有更直观的感受，我通过人们熟悉的事物或者日常经历这样的隐喻和类比方式来传达理论直观的意义。高中水平课程将有助于你理解，但也不是必须的。
第二章“概率”，在这章中我将转向讨论对概率的解释，比较我们中学学习的“频率论”的方式解释概率与不太熟悉的贝叶斯概率之间的差别。这些讨论的核心就是形式化的数学概率理论与其在现实世界应用之间的基本的但也是常常被人们忽略的差别。
在做好这些铺垫之后，本书的核心部分将描述如何将量子力学和贝叶斯概率结合成量子贝叶斯理论，以及如何用这种新的观念来解决量子奇异。
最后，“量子贝叶斯理论的世界观”这一章稍微有些偏哲学，主要涉及我们从量子贝叶斯理论中获得的最有意义的教训，或者说它的更深层的意义，这是本书的重点。量子贝叶斯理论意味着一直以来的对世界的科学观的支柱（另一支柱是相对论，译者按）看法的改变。基于量子贝叶斯理论的观点，我们将在本章中接触到下面这些问题：什么是“自然规律”的本质；这些规律又能完全决定宇宙的演化吗；或者我们有自由意识去影响演化吗；在物质世界中，我们既是其中的一部分又是观察者，我们与物质世界的关系又是如何；什么是时间；人类认知的极限又在哪里。我们也展望了量子贝叶斯理论发展的前景。
量子贝叶斯理论并非旧酒装新瓶，也不仅仅是量子力学的另一种解释。量子力学装饰了我的世界观，而量子贝叶斯理论改变了它。
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你看到的世界真实吗？大小是相对的吗？什么是量子理论、薛定谔的猫、量子纠缠、啤酒与肥皂？通过科学小白就能读懂的方式，带你探讨光子、原子、分子等跟人类量级的世界截然不同的最小粒子的反直觉世界，揭开量子力学的神秘面纱。
在日常生活中，我们的直觉通常都是对的。我们看到棒球飞到空中，划出一道弧线、然后下落，最后在地面静止。根据我们利用感官收集到的数据以及基本的经典力学定律，球的运动完全合情合理。
然而，一旦涉及电子运动、分子形状等关于世界上最小粒子的问题，我们自诩已经知晓的事物就彻底发生了改变。真正理解周遭的事情，读懂关于绝对小事物背后神秘、反直觉的科学，我们需要以量子力学理论的视角看待世界和自然。
《啤酒与肥皂》首开先河，不涉及复杂的数学，以科学小白就能够读懂的方式讲述了十分具有挑战性的量子力学理论。全书阐述清晰，以实例和图 表取代密集的公式帮助读者理解：
为什么草莓是红的，蓝莓是蓝的
为什么粒子仅仅会因为被观察而从“混合”状态变成“纯态”
为什么一个光子能同时位于两个地方
为什么量子物质有时像粒子，有时又具有波的性质
为什么一块金属加热后会发红，温度升得更高后反而会变蓝
为什么盐能溶于水而油却不能
《啤酒与肥皂》遵循了史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）和刘易斯·托马斯（Lewis Thomas）的传统，带你探讨光子、原子、分子等跟人类量级的世界截然不同的最小粒子的反直觉世界，揭开量子力学的神秘面纱，并生动介绍了一些为当代量子物质学说作出贡献的科学家以及相应的实验。
迈克尔 D. 菲尔（Michael D Fayer），博士，斯坦福大学讲席化学教授，美国国家科学院成员，在物理、化学和分子光谱学等领域获得众多重要奖项和荣誉，著有《量子力学的元素》（Elements of Quantum Mechanics）等。
前言
第一章 薛定谔的猫
薛定谔的猫
不等同于抛硬币
真实现象有可能像薛定谔的猫
第二章 大小是绝对的
日常生活中的大小是相对的
观察方法很重要
大还是小——那是扰动的大小
大对象的因果关系
不可忽略的扰动很重要
扰动无处不在
大小是绝对的
未来无法计算——只有可能性
第三章 各种波
什么是波？
波都有速度和频率
海洋波
声 波
经典光波
可见光
波的叠加——干扰
干涉模式和光干涉仪
第四章 光电效应和爱因斯坦的解释
光电效应
波图解释不了了
爱因斯坦的解释
红光逸出电子的速度比蓝光慢
非常红的光并不能使电子逸出
逸出的电子有多快
第五章 光：是波还是粒子？
对干扰的经典描述并不适用于光子
重新描述干涉仪里的光子
光子与自己相干扰
光子可以同时存在两个地方
观察会带来不可忽略的扰动或改变状态
回看薛定谔的猫
回看光电效应
第六章 光子的大小和海森堡不确定性原则
粒子有波长
自由粒子的波函数长什么样
空间中布满有既定动量的粒子
不同波长的波之间的干扰
叠加原理
本征态
叠加动量本征态可能性振幅波
叠加状态下一颗自由粒子的动量
在状态叠加中粒子没有既定动量
处于动量叠加状态的粒子到底在哪
波包（wave packets）
动量和位置的散布范围
海森堡不确定性原则
第七章 光子、电子和棒球
粒子的波
光的衍射
光的衍射反映了光子的波特征
阴极
射线管（Cathode ray tube)中的电子就像子弹
一样
电子衍射中看起来像波的电子
电子和光子既是粒子也是波，但棒球只是粒子
第八章 量子短柄墙球和水果的颜色
盒子中的粒子——经典力学
盒子里的粒子——量子力学
盒子里的量子粒子的能量
波函数在壁的位置应该为零
波节是波函数穿过零值的点
所有的能源都是量子化的
不连续的一组能级
盒子里的粒子结果与现实的关联
分子吸收特定颜色的光
水果的颜色
第九章 氢原子的历史
太阳黑体辐射光谱
太阳光谱里的暗线
氢的线光谱
玻尔（Bohr）的氢原子理论
第十章 氢原子：量子理论
薛定谔方程
薛定谔方程
薛定谔方程对氢原子的描述
四个量子数
氢原子的能级
氢原子的轨域
s轨域的空间分布
径向分布函数
p轨域的形状
d轨域的形状
第十一章 多电子原子和元素周期表
与众不同的氢原子
轨域形状对比氢原子大的物质来说很重要
多电子的原子的能量级
把电子放进能级的三个法则
元素周期表
周期表的布局
闭壳层组态
原子都想形成闭壳层组态
原子的属性
顺着列往下原子越来越大
从一行的左边到右边 原子越来越小
第一过渡系
更大的原子、镧系和锕系
大部分元素都是金属
第十二章 氢分子和共价键
离得很远的两个氢原子
两个被聚拢的氢原子
键长为能量最低时的距离
形成成键分子轨域
成键和反成键分子轨域
把电子放进分子轨域
氢分子存在但氦分子不存在
第十三章 什么把原子聚在一起：双原子分子
西格玛（σ）和派（π）
西格玛分子轨域
派分子轨域
双原子分子中的成键：氟分子
并不存在氖分子
氧分子：洪德法则很重要
氮分子
单键、双键和三键
异核双原子
分子的视觉模型
第十四章 更大的分子：多原子分子的形状
分子形状——四面体的甲烷
键之间的排斥力最小化决定了形状
孤电子对也很重要
三角形分子
推进电子
混合原子轨域——线性分子
混合原子轨域——平面三角形分子
混成原子轨域——四面体分子
含单键的碳氢化合物
大个碳氢化合物分子有多种结构
双、三碳—碳键
碳—碳双键——乙烯
碳—碳三键——乙炔
第十五章 啤酒和肥皂
醇类
室温下的乙醇是液体而非气体
水形成氢键
水是一种很好的溶剂
乙醇会与氧产生化学反应
甲醇具有强毒性
肥皂
大碳氢化合物包括油和油脂
大碳氢化合物分子可以有很多种结构
油和水不相混
肥皂分子的结构
肥皂入水形成胶束
肥皂溶解油脂
第十六章 脂肪，主要看双键
什么是脂肪分子
饱和脂肪和不饱和脂肪
脂肪分子的形状
饱和、单元不饱和以及多元不饱和脂肪
脂肪里的双键很关键
部分氢化和氢化脂肪
脂肪的氢化
看标签
反式脂肪
顺式脂肪是天然的，反式脂肪是化学加工的
反式脂肪有害
零等于没说
ω-3脂肪酸
三酰甘油
胆固醇
跟大众看法相反，胆固醇其实是有益的
胆固醇造成的问题
第十七章 温室气体
燃烧化石燃料产生的二氧化碳
燃烧甲烷：天然气
什么是温室气体
燃烧化石燃料会产生二氧化碳
能量的产生和形成的二氧化碳的量
燃烧真正的化石燃料
发电时实际产生的二氧化碳量
二氧化碳是温室气体是因为量子力学
地球的黑体光谱
吸收地球的黑体辐射
为什么二氧化碳在现在的区域有强吸收力
二氧化碳的振动模式
量子振动的能级不连续
量子化振动的能量
CO2弯曲模式吸收地球核体光谱的峰值
第十八章 芳香族分子
苯：芳香族分子的原型
双键去哪儿了
派（π）键离域
成键、反成键分子轨域
碳—碳键级是1.5
很多朋友建议量子君建立一个关于量子科学的群，希望感兴趣的朋友入群一起探讨。
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