量子力學的全同性

來自專欄科學與哲學

*二十世紀初，愛因斯坦的相對論問世。儘管大家都不明白相對論到底是個啥，但是突然一下子，大家就開始廣泛的討論起相對論來。同時代的對科學新發現的狂熱還體現在很多方面，比如居里夫人提煉出鐳。現在都知道，鐳是一种放射性元素。但是當時人們對這一點，或者是對這一點的危害性還不是那樣的清晰。許多商品都成了時代的弄潮兒，都把鐳的功效吹上了天。下圖分別是加入了鐳的巧克力，牙膏和胃藥。好歹對相對論的討論還不會對身體有危害。*

現在同樣也不例外。如今的時代是個量子力學」橫行「的時代，似乎很多人，很多媒體，很多公眾號都在談論量子力學。經典的話題有什麼「薛定諤的貓」這種大家和時空彎曲一樣耳熟能詳的詞語。但我想，對於量子力學深刻的哲學觀念改變，真正清楚的人是不多的。當然了，我自己也很有自知之明，知道我對量子力學本身也沒有多麼深刻的理解。但是我的優勢在於，我知道了量子力學所帶來的一些事實推論，而以這些推論作為我們看待世界的一個基礎，你會發現一些不一樣的地方。

量子力學其中一個很重要的觀念是，**許多量不再是連續的，而是分立的了**。具體說明一下什麼是連續和分立。比如我們平常說，速度7m/s和8m/s之間，從數學上來說，是有無窮多個不同的速度值存在的。這就給我們的世界帶來了許多複雜性。因為既然這樣，那麼我們就很難保證兩個東西一模一樣。我記得我小時候玩遊戲就知道，一個完全不動的人是不存在的，所以對「我們大家都不動」這樣的遊戲沒有足夠的興趣????。同樣的，我們也更傾向於認為，兩個完全一樣的東西是不存在的，只要我們的觀測手段足夠精密，似乎我們總能找到不同之處。

但是量子力學的出現對讓這個觀點發生了一些根本性的改變。**對於微觀粒子來說，這樣的連續性似乎並不存在。**我們以並不正確（結果是正確的但是模型不正確）但是大家好理解的波爾氫原子模型來解釋量子力學中的不連續性。

我們都知道，氫原子是最簡單的原子。其又一個質子和一個電子組成。你們可以想像成太陽系，質子就是太陽，電子繞著「太陽」轉動，這就構成了一個最簡單的氫原子模型。

和我們繞太陽轉的行星一樣，電子繞質子轉動大家也可以理解為有一個半徑。那麼按照我們經典的理解來說，這個半徑可以取的值應該是無窮多的。**但是量子力學告訴我們，不是這樣的。**電子繞質子轉動的半徑只能取幾個分立的值，而不是所有的值都可以取到的。即電子轉動的半徑只能在幾個值之間跳動，而不能隨便想是多少是多少。

我們再簡化一點，假如電子的半徑只能取三個值。我們分別命名為小圈，中圈和大圈，那麼，我們將會得到一個很有突破的事實：我們可以說兩個氫原子是一樣的了！比如我們只需要確定，電子繞氫原子轉動的那個半徑是小圈，還是中圈，還是大圈，我們就能知道它轉動的半徑的具體數值，因為只可能有那一個值。也就是說，我們可以確定一定以及肯定的說：電子都轉小圈的兩個氫原子是完全一樣噠！

這樣的現象，用量子力學」高端「一點的說法來說，就叫**粒子的全同性**。這篇文章，我把這個量子力學帶來的一個基礎推論作為一個事實告訴你們，作為知識基礎背景。在後面的推送中，大家會一步步的看到，全同性對於我們認知世界到底起了一個什麼樣的作用。