世界上沒有人真的懂得量子力學(xué)？

物理學(xué)家費(fèi)曼

費(fèi)曼是20世紀(jì)最杰出的物理學(xué)家之一，參與了曼哈頓計(jì)劃。（也就是美國(guó)原子彈的研制）同時(shí)，也獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，而他主要成就是集中在量子力學(xué)中。他曾經(jīng)給大學(xué)本科生授課，這門課程的內(nèi)容后來(lái)被整理成書，這本書就叫做《費(fèi)曼物理學(xué)講義》，是如今最暢銷的大學(xué)物理學(xué)教材。

作為20世紀(jì)在量子力學(xué)領(lǐng)域的大牛，為什么費(fèi)曼會(huì)說(shuō)出：世界上沒有人懂得量子力學(xué)？

世界上真的沒有人懂得量子力學(xué)？

其實(shí)，有類似的想法的不止費(fèi)曼一個(gè)物理學(xué)家，有很多物理學(xué)家說(shuō)過(guò)。比如：量子力學(xué)的奠基人，哥本哈根學(xué)派的領(lǐng)袖波爾就曾說(shuō)過(guò)：

如果有人不對(duì)量子力學(xué)感到困惑，那只能說(shuō)明他不懂量子力學(xué)。

這么多量子力學(xué)領(lǐng)域的專家都有類似的表達(dá)，那這當(dāng)中一定有一些貓膩。

之所以他們有這樣的困惑，本質(zhì)上是因?yàn)榱孔恿W(xué)其實(shí)是描述微觀世界的物理學(xué)現(xiàn)象的理論，他們并非對(duì)理論感到困惑，而是對(duì)于微觀世界的離奇現(xiàn)象感到困惑。

那微觀世界到底存在什么樣的離奇現(xiàn)象呢？

在物理學(xué)史上有一個(gè)堪稱離奇，詭異甚至是恐怖的實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)叫做：雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。

由于篇幅關(guān)系，我們?cè)谶@里就不具體講這個(gè)實(shí)驗(yàn)到底是咋回事了。我們就說(shuō)說(shuō)這個(gè)實(shí)驗(yàn)另科學(xué)家十分困惑的地方是什么。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是：這個(gè)實(shí)驗(yàn)有觀測(cè)者和沒有觀測(cè)者最終得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是不同的。

具體來(lái)說(shuō)是這樣的，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，光子或者電子通過(guò)雙縫之后會(huì)在屏幕上成像，如果什么都不管不顧，就會(huì)出現(xiàn)干涉條紋。

但是如果你在實(shí)驗(yàn)裝置上加一個(gè)探測(cè)器，觀測(cè)電子或者光子是如何通過(guò)雙縫時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)完全不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。是不是神奇？一開始科學(xué)家還不信，經(jīng)過(guò)多次反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，這個(gè)結(jié)果始終就是這樣的。也就是說(shuō)，一個(gè)普普通通的物理學(xué)實(shí)驗(yàn)，最終把觀測(cè)者卷入到其中，你說(shuō)詭不詭異？

上帝不擲骰子

無(wú)論實(shí)驗(yàn)是什么樣子，對(duì)于理論物理學(xué)家來(lái)說(shuō)就是要用理論對(duì)其進(jìn)行描述。在上世紀(jì)20年代前后，海森堡提出了矩陣力學(xué)來(lái)描述，薛定諤提出了薛定諤的波動(dòng)方程來(lái)描述。后來(lái)，狄拉克從數(shù)學(xué)上證明了兩者是等價(jià)的。實(shí)際上，到了海森堡，薛定諤和狄拉克已經(jīng)是第三代量子力學(xué)的科學(xué)家，在之前此，第一代是普朗克，愛因斯坦；第二代是波爾，索末菲，波恩；除此之外還有泡利，德布羅意等人。

這幫人不光是在研究理論，他們還吵了起來(lái)，分成了兩派。一派是波爾領(lǐng)銜的哥本哈根學(xué)派，主力干將就有海森堡，泡利等人。另一派來(lái)頭也很大，愛因斯坦領(lǐng)銜，主力干將有薛定諤，德布羅意等人。

他們到底在爭(zhēng)啥呢？

說(shuō)白了，他們就是在爭(zhēng)“這個(gè)不確定性”。海森堡提出了不確定性原理，描述了微觀世界的物理現(xiàn)象。他認(rèn)為，我們沒辦法同時(shí)測(cè)量到微觀粒子的位置和動(dòng)量的信息，測(cè)了一個(gè)，另一個(gè)就不準(zhǔn)了。那這個(gè)該如何理解呢？

我們來(lái)舉個(gè)例子，就拿氫原子模型來(lái)說(shuō)，我們傳統(tǒng)意義上認(rèn)為電子是繞著原子核在轉(zhuǎn)的，這類似于地球繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)。

但海森堡認(rèn)為，所謂的“軌道”其實(shí)是假想出來(lái)的，并不存在，還不夠存粹。他基于當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提出不確定性原理，用這理論來(lái)描述電子的運(yùn)動(dòng)。具體來(lái)說(shuō)，就是利用“概率”來(lái)描述。電子可以出現(xiàn)在下面任意的位置，只不過(guò)每個(gè)位置的概率不同，因此，可以用電子云來(lái)描述。

這種“不確定性”是愛因斯坦無(wú)法解釋的，他曾經(jīng)在和波爾的論戰(zhàn)中就說(shuō)到：上帝不擲骰子。

而波爾反擊道：愛因斯坦不要指揮上帝如何做。

反對(duì)派的主力干將薛定諤更是提出了一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)：薛定諤的貓。

用貓的既死又活的疊加態(tài)來(lái)諷刺哥本哈根學(xué)派。

無(wú)論是愛因斯坦，還是薛定諤都認(rèn)為量子力學(xué)所描述的微觀世界是不夠完備的。他們其實(shí)都在試圖證明量子力學(xué)的不完備性。愛因斯坦認(rèn)為，存在著一個(gè)最終極的可觀的真理，而不是像量子力學(xué)所描述的“不確定性”。而愛因斯坦的整個(gè)后半生，基本上都在試圖證明量子力學(xué)的不完備性和試圖提出終極理論，但他都沒有做成，隨著后續(xù)的實(shí)驗(yàn)，最終的結(jié)果都偏向于波爾所領(lǐng)銜的量子力學(xué)哥本哈根學(xué)派的觀點(diǎn)。

實(shí)際上，我們無(wú)法理解量子力學(xué)的一個(gè)很重大的原因是我們無(wú)法換位思考。微觀世界的物理學(xué)現(xiàn)象和我們所處的宏觀低速的世界實(shí)在太不同了。這其實(shí)和我們無(wú)法理解相對(duì)論是一回事。我們所處的是低速和弱引力場(chǎng)的世界，而相對(duì)論描述的確實(shí)大尺度，高速，強(qiáng)引力場(chǎng)的世界。這種時(shí)空的巨大差異，導(dǎo)致我們無(wú)法理解，所以，說(shuō)白了，這是尺度造成的。