深度长文: 粗拙解读量子力学, 它为怎样此诡异?

量子力学自出身于今已逾百年，可即便过了这样久，东说念主类对它的底层逻辑依旧一知半解。不光普通大师濒临量子力学时稀里糊涂，就连那些站在物理学界尖端的科学家们，也难以完全知悉量子寰宇的运行法例。

他们能细目的是，量子寰宇里存在着诸多抗争常理的诡异时事，却长久摸不透这些时事背后深藏的实质。接下来，咱们就用最粗拙的言语，带大师走进量子力学的寰宇，望望这个私密的表面究竟是什么样子。

在当代物理学里，“量子” 是个至关弥留的观念。浅易来说，只须某个物理量存在着最小的、无法再分割的基本单元，咱们就说这个物理量是 “量子化” 的，而这个最小的基本单元便是 “量子”。

这里一定要明确极少，量子并非像电子、光子那样实实在在的基本粒子，它只是是一个物理学观念。打个比方，就像 “米” 是长度的基本单元同样，量子便是某些物理量的基本单元，只不外这个 “单元” 愈加特别，不行再被拆分。

量子力学是有益形色微不雅寰宇（比如原子、电子、光子等微不雅粒子）运行规矩的表面，它和咱们熟知的经典物理学有着一丈差九尺，这种永逝是颠覆性的，完全突破了咱们在日常糊口中变成的领路，以至会透顶调动咱们对寰宇和天地的看法。

除了量子力学，其他扫数的物理学分支齐属于经典物理学的限度，像牛顿力学（咱们平时看到的苹果落地、汽车行驶等时事齐能用它来解释）、爱因斯坦的相对论（比如卫星导航需要研讨相对论效应来修正期间）、麦克斯韦的电磁表面（咱们用的手机信号、电灯发光齐和电磁表面接洽）等，齐在经典物理学的框架内。

诚然相对论也给咱们的天地不雅带来了不小的冲击，比如它提倡期间和空间不是全齐的，会跟着物体通顺速率的变化而调动，但这种冲击还不是最根柢的。因为相对论依然认为，咱们所处的寰宇是细目的，是不错被准确形色和斟酌的，因果律（比如有因必有果，春天播撒秋天收成）长久在主宰着通盘寰宇。

可量子力学对东说念主们寰宇不雅的颠覆，远远超出了咱们的设想。在量子寰宇里，微不雅粒子根柢不顺从经典物理学的那些定律。那儿的一切齐显得敷衍不清，咱们没办法用细目的言语去形色微不雅粒子的景色，只可用概率来节略勾画。以至连咱们一直信赖不疑、认为筹备的因果律，到了量子寰宇也失去了作用。就八成在量子寰宇里，“原因” 和 “后果” 的关系变得雄伟了，你没办法准确地说某个时事是由某个特定原因引起的。

在咱们的现实糊口中，除了因果律，还有一个铁律 —— 光速限定。字据相对论，任何物体和信息的传播速率齐不可能高出光速（光速约为 30 万公里 / 秒）。可这条在宏不雅寰宇里纤悉无遗的规矩，到了量子寰宇似乎也失效了，而量子纠缠时事便是最佳的评释。

量子纠缠，这个让爱因斯坦齐感到无比困惑的诡异时事，被他称为 “鬼怪般的超距作用”。

那么，量子纠缠到底是什么呢？当两个或多个微不雅粒子发生相互作用之后，神奇的事情就发生了：每个粒子原来特有的属性会隐匿不见，它们只会共同体现出一个举座的属性。这就意味着，咱们没办法单独形色其中某个粒子的景色，只可把这些纠缠在沿路的粒子动作一个举座来看待。

为了让大师更容易领会，咱们不错作念个粗拙的譬如。

设想一下，有一副手套，咱们把左手套和右手套差别放进两个密封的箱子里，此时咱们并不知说念哪个箱子里装的是左手套，哪个装的是右手套。接下来，咱们把这两个箱子差别送到远方的场地，哪怕一个送到地球的这一端，另一个送到天地的角落，只须咱们掀开其中一个箱子，看到内部是左手套，那么咱们坐窝就能知说念，另一个箱子里装的一定是右手套。

通盘经过中，并莫得任何信息在两个箱子之间传递（毕竟它们相隔那么远，信息传递需要期间，可咱们是遽然就知说念后果的），但咱们便是能遽然细目另一个箱子里手套的类型。其实，这副手套从被放进箱子的那一刻起，就处于一种 “纠缠” 景色，它们是一个不可分割的举座。

量子纠缠中的微不雅粒子亦然如斯，纠缠在沿路的两个或多个粒子，就至极于一个粒子。不管它们之间相距多远，只须其中一个粒子的景色发生了调动，另一个粒子就会遽然作念出相应的调动，就八成它们之间有某种看不见的 “心灵感应”。诚然科学家们也曾证据，在量子纠缠的经过中并莫得传递任何信息（这也幸免了它抗争相对论中光速限定的问题），但这种遽然感应的时事，依然让物理学家们感到匪夷所念念。直到当今，东说念主们也莫得完全搞了了量子纠缠到底是如何发生的，它就像一个未解之谜，恭候着科学家们去揭开谜底。

不外，诚然咱们还没弄认识量子纠缠的实质，但这并不妨碍咱们愚弄它来造福东说念主类。科学家们恰是愚弄量子纠缠这种诡异的特质，研发出了性能远超传统电子辩论机的量子辩论机，这种上风以至不错用 “降维打击” 来描摹。

要想认识量子辩论机为什么这样强横，咱们得先了解一下传统电子辩论机的责任旨趣。当代电子辩论机，不管它的性能多雄壮、辩论速率多快，其实质齐是在按照一定的章程进行 “试错” 辩论，况且这个经过的速率不行高出光速。

咱们不错用一个浅易的例子来领会。

假定有两捆电线，每捆齐有 100 根，咱们要给每捆电线中的 100 根电线差别标上 1 到 100 的数字，但当今咱们并不知说念每根电线对应的号码。当今的任务是，让两捆电线中号码调换的电线怒放起来，咱们该若何作念呢？

由于不知说念每根电线的号码，咱们只可一根一根地去尝试怒放。运说念好的话，可能试一次就能把某一双号码调换的电线怒放得手；但运说念不好的话，可能要试 100 次才气怒放好一双。要是要把扫数 100 对电线齐怒放正确，最不安详的情况便是，怒放第一双时试了 100 次，怒放第二对时试了 99 次，怒放第三对时试了 98 次…… 一直到怒放临了一双时试 1 次。这样算下来，所有需要尝试的次数便是 100×99×98×……×1，这个数字大到难以设想。

诚然现实中的电子辩论机不会这样 “笨”，它的辩论速率相等快，能在很短的期间内完成大批的辩论的尝试，但它的中枢逻辑和咱们刚才说的 “试错” 是同样的，齐是通过一步步的运算来找到正确谜底。

而量子辩论机则完全不同，它的责任样子要 “聪慧” 得多。对于刚才那两捆各 100 根的电线，在量子辩论机的寰宇里，这 200 根电线对应的微不雅粒子不错处于纠缠景色。由于纠缠景色下的粒子能遽然感应到相互的存在，是以两捆电线中号码调换的电线，不需要像传统辩论机那样一根一根去试，而是能遽然找到对方并怒放起来，通盘经过险些不破耗期间。

天然，这只是表面上的情况。在现实中，要制造出这样雄壮的量子辩论机难度相等大。

其中最大的难题便是，要让大批的微不雅粒子保握纠缠景色十分贫瘠。微不雅粒子相等 “明锐”，很容易受到外部环境的影响，比如温度的变化、细小的电磁滋扰等，一朝受到影响，它们的 “波函数” 就会发生坍缩，原来的纠缠景色也会随之中断，这样量子辩论机就没办法正常责任了。

不外，科学家们一直在欺压勤勉，试图克服这些贫瘠，如今量子辩论机的讨论也曾赢得了不少突破，信赖在不久的将来，咱们会看到更雄壮的量子辩论机走进咱们的糊口。

除了量子纠缠，量子寰宇里还有一个更让东说念主无法领会的时事 —— 相通态。

所谓 “相通态”，便是说微不雅粒子不错同期具有多种属性。比如电子的自旋主张，在经典物理学的领路里，电子的自旋要么向上，要么朝下，只但是其中一种景色。但在量子寰宇里，电子的自旋不错同期处于向上和朝下的相通景色。

为了让大师更好地领会相通态的诡异，咱们不错用宏不雅寰宇里的掷硬币游戏来作念个对比。当咱们把硬币抛向空中，硬币在空中动弹的时候，咱们诚然不知说念它落地后是正面向上照旧反面向上，但咱们心里很了了，硬币的景色惟有一种，要么是正面，要么是反面，况且这个景色在硬币落地之前其实就也曾细目了，只是咱们暂时不知说念资料。

可要是这枚硬币参预了量子寰宇，情况就完全变了。

此时的硬币不再是 “要么正面，要么反面” 的单一景色，而是处于 “既是正面又是反面” 的相通景色。更奇怪的是，当咱们想知说念硬币到底处于什么景色，去不雅测它的时候，硬币的相通态会遽然隐匿，坍缩成 “要么正面，要么反面” 的独一细目景色。

这就堕入了一个 “鱼和熊掌不可兼得” 的窘境：咱们想要看到相通态，就必须去不雅测，但不雅测这个行径本人会禁绝相通态，让它变成细目的景色；要是咱们不不雅测，诚然相通态可能依然存在，但咱们长久没办法知说念它到底是什么样式。

也便是说，咱们长久不可能亲眼看到相通态的委果面目，只可通过表面去推测和设想它的存在。

不外，诚然咱们没办法径直不雅测到相通态，但科学家们通过实考证据了它简直存在，其中最知名的便是电子双缝插手实验。

在这个实验中，当咱们不不雅测电子的通顺轨迹时，电子会发达出波动的特质，它不错同期穿过两条狭缝，在屏幕上变成明暗相间的插手条纹，这说明此时的电子处于 “既是粒子又是波” 的相通态；可当咱们用仪器去不雅测电子的通顺轨迹时，电子的波动特质就隐匿了，它只会像粒子同样穿过其中一条狭缝，在屏幕上变成两个走漏的亮斑，这说明电子的相通态因为不雅测而坍缩成了粒子态。这个实验走漏地评释了相通态在量子寰宇里是委果存在的。

量子力学中的相通态，其实亦然不细目性的一种发达样子。而爱因斯坦和薛定谔等物理学界的大佬，对这种不细目性和相通态相等反感。为了反驳哥本哈根宗派（那时量子力学的主流宗派，他们主张用概率和不细目性来讲授量子寰宇）对于量子寰宇的不细目性讲授，薛定谔提倡了知名的 “薛定谔的猫” 念念想实验。

这个念念想实验的内容是：把一只猫放进一个密封的箱子里，箱子里还放有一个辐射性原子核、一个装有剧毒气体的容器和一个触发装配。要是原子核发生衰变，就会触发装配，冲破装有剧毒气体的容器，猫就会被毒死；要是原子核莫得发生衰变，触发装配就不会被激活，猫就能活下来。字据量子力学的相通态表面，在咱们莫得掀开箱子不雅测之前，原子核处于 “衰变” 和 “未衰变” 的相通态，那么由此推断，猫也应该处于 “死” 和 “活” 的相通态，也便是 “既死又活” 的景色。

显明，在现实寰宇里，这样 “既死又活” 的猫是不可能存在的，岂论是从科学照旧形而上学的角度来看，这种景色齐抗争了咱们的知识。

薛定谔提倡这个念念想实验，原来是想通过把微不雅寰宇的相通态引入宏不雅寰宇，来揭示量子力学不细目性讲授的失实之处。可没猜测的是，这个念念想实验反而激发了物理学界对量子力学更真切的讨论。

越来越多的物理学家开动尝试讲授 “薛定谔的猫” 所带来的困惑，在这个经过中，也鼓吹了量子力学的发展，出现了好多新奇的表面，比如平行天地公论（认为在咱们不雅测的遽然，寰宇分裂成了两个平行的天地，一个天地里猫是活的，另一个天地里猫是死的）、杜撰寰宇表面（认为咱们所处的寰宇可能是一个杜撰的挨次，量子寰宇的诡异时事只是挨次的 “舛误”），还有更具劝服力的退相关表面（认为宏不雅物体之是以不会发达出相通态，是因为它们与周围环境的相互作用相等常常，导致相通态赶紧隐匿，也便是 “退相关” 了）。

看到这里，可能好多东说念主齐会合计量子力学实在太诡异了，以至有些 “反知识”。

但试验上，量子力学中的这些诡异时事并不是科学家们的揣测或假说，而是经过无数实考证据的客不雅事实。更弥留的是，诚然量子力学的中枢念念想是不细目性，但它却是一门极其精准的表面。在形色微不雅粒子的运行规矩时，量子力学的辩论后果与实验不雅测后果的吻合进度，远远高出了其他任何一门物理学表面。

况且，即便物理学家们于今还莫得完全弄认识量子力学的底层逻辑，这也涓滴莫得影响它在咱们日常糊口中的应用。除了前边提到的量子辩论机，量子力学还平淡应用于其他好多鸿沟。

比如量子化学，科学家们愚弄量子力学的旨趣，讨论原子、分子的结构和相互作用，从而迷惑出了新的化学材料和药物；在动力鸿沟，超导磁体的应用就离不开量子力学，超导磁体不仅体积小、分量轻，况且能产生雄壮的磁场，被平淡用于核磁共振成像（MRI）、粒子加快器等建筑中；咱们日常糊口中离不开的手机、电脑、电视等电子家具，其中枢部件 —— 二极管、晶体管和半导体芯片，亦然基于量子力学的旨趣制造出来的。不错说，莫得量子力学，就莫得咱们今天如斯方便、智能的糊口。

临了，咱们不妨斗胆地猜想一下：也许微不雅寰宇的不细目性和当场行径，才是这个寰宇最实质的样式，而咱们每天看到的、感受到的阿谁领会、细目的客不雅寰宇，只不外是咱们的一种错觉。天然，这只是一个猜想，至于真相到底是什么，还需要科学家们在明天的讨论中欺压探索和发现。

总之，量子力学诚然诡异难解，但它却是一门充满魔力和后劲的学科。它不仅调动了咱们对寰宇的领路，也在欺压鼓吹着科技的跳跃。信赖跟着东说念主类对量子力学讨论的欺压真切，咱们终将揭开它私密的面纱，找到它的底层逻辑，让量子力学为东说念主类的发展带来更多的惊喜。