帶你到人類認知的邊界，溜達一圈

其實這篇文章，好幾個月之前就該寫了，很抱歉，拖了這麼長時間，這全都是源於：

「被量子力學支配的恐懼」

為什麼這麼說？因為下面這些大科學家同樣搞不懂：

如果誰沒被量子力學搞得頭暈，那他就一定是不理解量子力學。——玻爾

我思考量子力學的時間百倍於廣義相對論，但依然不明白。——愛因斯坦

我想我可以有把握地說，沒有人理解量子力學。——費恩曼

這篇文章在一定程度上，比較燒腦，如果你看不懂，不要責怪自己，這是「量子力學」的錯。

當然，以下我會盡量寫的通俗易懂，但總有一些避不開的概念與思維方式

如果你看不懂，不要責怪自己，這是「量子力學」的錯。

在19世紀末，經典物理學（就是你我上學時學的）在解釋微觀世界物質狀態上的漏洞越來越多。

就是說，物質細分到一定程度後，它所表現出的物理性質，可能違背了我們的經典物理學。

幾千年以來，科學家們一直在探索我們的世界由什麼組成？現在我們知道了物質是由「電子」與「夸克」組成。

它們是人類現在所知的「小的不能再小」東西，稱之為「基本粒子」，這些東西組成了「原子」，比如「氫原子」、「氧原子」

「原子」組合成為「分子」，比如H?O，再往上就組成了我們的大千世界。

你可以理解為：世界由一堆積木組成，而研究最小最小的那塊積木，就要用到「量子理論」

「量子理論」有許多違反常識的，甚至「詭異」的猜想，但它是對的，而且非常重要。

首先，我們先來認識兩位「朋友」：「粒子」與「波」

「粒子」的行為方式，舉例來說：

你有一塊蛋糕，房間里有三十個人，你扔過來砸在我的臉上，那麼只有我被你砸中了。

你有一台手機，你看的時候拿在手上，不看的時候揣在兜里，或者掉在地上，或者被扒手偷掉。

粒子在一個時間只能出在一個地方，要麼在這裡，要麼在那裡。

「波」的行為方式，舉例來說：

房間里有三十個人，你對三十個人說話，他們都聽得見。

你房間里打開一盞燈，在沒有遮擋的情況下，燈光會照到每一個角落。

波可以在同一時間出現在多個地方，同時在這裡，又同時在那裡。

你可以停下來想一想，我們大千世界的所有東西，要麼按照「粒子的行為方式」來存在，要麼按照「波的行為方式」來存在，沒有例外。

那如果這兩種行為方式反一反會怎麼樣？

你仍了一塊蛋糕，房間里三十個人都被擊中了，你對三十個人說話，只有一個人能聽見，這是違反常理的。

那麼接下來在微觀領域的實驗，這種事情真的發生了，首先，來個基礎版：

1807年，托馬斯·楊，進行了著名的光學實驗——「雙縫干涉實驗」

這個實驗中，光通過擋板上的兩條縫隙，並沒有和我們預想的一樣，透過兩條縫隙，形成兩塊光條，而是形成了幾道光條。

這是由於「波」的互相干擾，導致光偏離了之前的軌道，「波」從哪裡來？那是光本身的特性，光就是「波」

這也解釋了光為什麼會照到每一個角落，好，這個沒有問題。

那麼詭異的實驗開始了「電子雙縫干擾試驗」這次用組成我們大千世界的電子。

在這之前，我們來預想一下，你現在拿著一些小球，扔過有雙縫的擋板，最後小球的落點會是怎麼樣的？

應該是像下圖這樣：

但實驗結果是:電子錶現出了與光一樣的特性，而且將電子單個單個的發射，最後還是會得到這樣的條紋。

這讓科學家們大為震驚，不是說好了粒子是粒子，波是波嗎？單個電子怎麼在實驗中有波的行為方式？

難道說，在宏觀世界中，投擲一塊蛋糕，同時擊中三十個人是可能實現的？

「量子力學」的解釋是：單個電子同時通過了兩條縫隙，並且自己和自己發生了干涉。

科學家將這樣的現象稱作「波粒二象性」意思是一個物質，同時表現出了波的行為方式與粒子的行為方式。

後來科學家慢慢發現，所有的基本粒子都具有波粒二象性，包括之前提到的光。

這和宏觀世界裡粒子是粒子，波是波的表現是截然不同的。

這是微觀世界與宏觀世界的相悖所在，也是量子力學與經典力學的矛盾之處。

詭異的事情還在後面，科學家們將一台高速攝像機加入實驗，試圖搞清楚有多少電子通過了雙縫，以及電子的運動軌跡。

這次，波的特性消失了

注意！高速攝像機並沒有影響雙縫的位置以及大小，但電子卻規規矩矩的只表現出了粒子的特性。

這到底是哪裡有問題？難道說電子知道我們在試圖觀察它？電子是怎麼知道的？

或者說單單觀察這個行為，對物質的特性產生了影響？那麼這個世界、這個宇宙是以人類的意識存在的？

但實驗結果就放在那裡，這太詭異了，甚至動搖了現代科學的根基——唯物主義。

還有更詭異的呢：

「量子隧穿」實驗中「電子」有幾率可以穿過絕緣層，那麼也就是說，人類有一定幾率可以穿牆而過？

最讓人無法理解的就是：

「量子糾纏」處於糾纏狀態的兩個粒子，即使相隔整個宇宙，只要對其中一個進行觀測，可以馬上影響另一個的狀態。

簡單說，比如我兩隻手中分別有紅色、藍色兩個小球，我抓著不讓你看見，你只要看見其中一顆，就知道了另一顆的顏色。

這個例子在量子力學下會複雜很多，比方說我左手裡的小球，在沒有被觀測到的情況下顏色是隨機的。

觀測抹殺了左手小球顏色的隨機性，同時不論距離多遠，右手小球的隨機性也被抹殺，成為確定的一種顏色。

那麼問題來了，兩個小球是如何做到無視空間、時間的聯繫？沒有人知道，科學家將其稱之為「幽靈般的超距作用」

不論距離多遠，影響會同時發生，這違反了愛因斯坦「相對論」所限制的宇宙極限速度——光速。

1927年，比利時，第五屆索爾維會議。

以愛因斯坦為首的經典物理學大佬，以「因果論」為武器對量子力學提出了質疑，以玻爾為首的量子力學新秀以「概率論」應戰。

薛定諤也提出了著名的薛定諤的貓：

一隻貓被關在一個密閉的盒子里，盒子里有一些放射性物質，在進行觀測之前我們無法知道它是否衰變。

所以，盒子里的放射性物質處於衰變/不衰變的量子疊加狀態。

盒子里的放射性物質一旦衰變，有一個裝置就會使鎚子砸碎毒藥瓶，將貓毒死。反之，衰變未發生，貓便能活下來。

薛定諤的本意其實是通過這樣的構想，來質疑量子力學的，但沒想到成為了量子力學中最膾炙人口的構想。

按照量子力學的解釋，在打開盒子看貓之前，這隻貓非生非死，處在典型的量子態，即活與不活疊加的離奇狀態。

這樣的爭論最終沒有結果，最後愛因斯坦說出了那句經典的話:上帝不會擲篩子！而玻爾回答到:請不要去教上帝應該怎麼做。

當然，愛因斯坦並沒有否認實驗所得出的客觀結果，他只是認為，量子力學的理論還不完整。

科學家的爭論可不是流氓打架，兩波人的都在努力使這些詭異的結果得到合理的解釋，但是進展並不如人意。

各路科學大咖各顯所能，提出了一系列猜想:

模擬宇宙猜想，就是猜想我們的世界是由一台超級計算機模擬出來的，我們人類的一舉一動都在它的掌握。

平行宇宙猜想，還記得薛定諤的貓嗎？這種猜想表示，在打開盒子看貓的時候，我們的宇宙分解成了兩個平行時空A和B。

A宇宙的放射性物質沒有衰變，貓活著；B宇宙的放射性物質衰變了，貓死了。

那麼，有多少種選擇，就有多少個平行宇宙，我們的這個世界只是無數的平行宇宙中的一個。

在其他平行宇宙，你可能真的是世界首富，也可能是街頭流浪漢。

你可能發動了世界大戰，又可能和現在一樣，只是早飯吃的是包子，而不是煎餅。

又有膜理論、弦理論這種玄而又玄的東西，有人表示：這些東西怕是一周沒合眼，再灌上兩瓶伏特加後，想出來的吧？

比較靠譜，或者說比較容易讓人接受的猜想是愛因斯坦提出的「隱變數假說」大意是：

什麼觀測導致隨機性的抹殺、意識影響物質的性質，都是一派胡言，這是開歷史的倒車。

我們難道要回到「地心說」的時代嗎？這麼些詭異的結果只是有些變數，我們仍然沒有找到。

學識淵博的讀者們一定想到了，上圖的這句話，好像另一個偉大的思想先賢「蘇格拉底」也說過——「我唯一知道的，就是我一無所知」

沒錯，「量子力學」在某種意義上來說，已經上升到了哲學層面的爭論，這已經到達了人類的認知邊界。

當然，即使科學家們搞不懂其中的奧秘，也不影響利用「量子力學」為人類造福，所謂：

別問為什麼，用了再說

量子計算機：

我們都知道，我們現在用的計算機是二進位的，你可以把它想像成兩個「開關」就像下面這樣：

傳統計算機速度越快，「開關」越多，那麼量子計算機就是將這些「開關」換成了「基本粒子」比如「光子」、「電子」

還記得上面的「虐貓狂人薛定諤」所提到的「量子疊加狀態」嗎？在這種狀態下一個「基本粒子」既是ON（1），又是OFF（0）

那麼也就是說一個處於「量子疊加狀態」的「基本粒子」就可以代表兩個「開關」，那樣，計算能力會爆炸式的增長，而且體積會非常之小。

簡單點說，傳統計算機計算怎麼走出迷宮，會把所有的路一條一條的都走一遍，最後找到了出口。

量子計算機，會同時將所有的路都走一遍，找到出口。

哪個更快，可想而知，當然，量子計算機因為量子演算法的關係，現在只能處理特定的「大型並行計算」，普通人是絕對用不著的。

量子加密通訊：

上面的量子計算機用到了「量子疊加」，而量子加密通訊則用到了「量子糾纏」。

用「量子糾纏」那「幽靈般的超距作用」為通訊雙方分配「打開信息的密碼」利用量子的「不可分割」、「無法克隆」的特性，保證信息的絕對安全。

這裡有一點必須說明，所謂「量子通訊」並不是用「量子」來交流信息，而是用「量子」加密信息，保證安全。

好了說了這麼多，其實是帶大家到「人類的認知邊界」溜達了一圈，只是溜達了一圈，真正的量子力學，可不是這區區4000字能講清楚的。