費曼：沒人真正理解量子力學！光的波粒二象性，顛覆人類常識

光到底是個什么東西？

牛頓提出了“微粒說”，他認為光是由無數微小的、有質量的粒子組成的，就像機關槍射出的一顆顆子彈，從太陽飛向地球。

這個理論非常符合直覺：光走直線，就像子彈一樣，光照在鏡子上會反彈，就像皮球撞墻一樣。牛頓用粒子模型完美解釋了反射和折射現象。

然而荷蘭物理學家惠更斯看著水塘里的漣漪，陷入了沉思，他提出了“波動說”，認為光像水波或聲波一樣，是一種在介質中傳播的振動，雖然惠更斯的理論也能解釋很多現象，但在牛頓巨大的身影下，他的聲音微弱得像風中的燭火，整個18世紀，物理學界是粒子的天下。

直到1801年，一個“刺頭”出現了，英國醫生、物理學家托馬斯·楊做了一個極其簡單卻又極其致命的實驗，徹底打了牛頓的臉。

他在一塊遮光板上開了兩條平行的細縫，然后讓一束光射向這兩條縫，請大家設想一下：如果光是牛頓所說的“粒子子彈”，那么穿過兩條縫隙后，后面的屏幕上應該留下什么？

應該留下兩道明亮的條紋，對應著縫隙的位置，就像噴漆穿過模具一樣。

但結果讓所有人目瞪口呆，屏幕上出現的不是兩道杠，而是一排明暗相間的、斑馬線一樣的條紋，這種現象在物理學上叫做“干涉”，這是波獨有的身份證，想象一下，你向池塘里同時扔進兩顆石子，兩圈漣漪擴散開來，當它們相遇時，如果波峰遇到波峰，水面會跳得更高，如果波峰遇到波谷，水面就會平靜下來。

托馬斯·楊指著那些明暗條紋宣告：牛頓錯了，粒子不可能產生干涉，只有波可以，這個實驗被稱為“物理學史上最漂亮的實驗”之一，它終結了粒子說一百多年的統治，從那以后，麥克斯韋建立了電磁場理論，波動說大獲全勝，物理學家們以為戰爭結束了。

但故事沒有結束，反轉來得比電視劇還快，1905年愛因斯坦發表了一篇驚世駭俗的論文，他研究了一個叫“光電效應”的現象，把好不容易平靜下來的物理學界又攪得天翻地覆。

什么是光電效應？

簡單說，就是用光照射金屬，金屬表面的電子會被踢出來。

這事兒怪就怪在：如果光是波，那么光的能量應該取決于“強度”，光越強，能量越大，電子應該被踢得越猛。但實驗結果完全相反：不管光有多強，只要光的顏色不對，比如用紅光，一個電子也打不出來，不管光有多弱，只要光的顏色對路，比如用紫光，電子瞬間就被打出來了。

這就像你拿機關槍掃射一扇門，門紋絲不動；但你拿一根繡花針輕輕一戳，門卻開了，波動理論在這里徹底失效，愛因斯坦給出了一個離經叛道的解釋：光不是連續的波，而是一份一份的“能量包”，他把這個能量包叫做“光量子”，也就是后來的“光子”。

每個光子的能量只跟頻率有關，頻率高能量就大，頻率低能量就小，紅光的光子就像乒乓球，扔得再多也砸不穿玻璃，紫光的光子就像子彈，一顆就能擊穿，愛因斯坦的解釋完美得無懈可擊，他也因此拿到了諾貝爾獎。但物理學家們卻崩潰了：托馬斯·楊的實驗證明光是波，愛因斯坦證明光是粒子，

光到底是什么？答案是：光既是粒子，又是波，這就是著名的“波粒二象性”，這聽起來簡直是瘋話，這就像在說：一個人既是男人又是女人，既是圓的又是方的，在宏觀世界里，這是邏輯矛盾，但在微觀世界里，這是基本法則。

為了搞清楚這到底是怎么回事，科學家們決定把雙縫干涉實驗升級，他們把“光子槍”調到了點射模式，一次只發射一個光子。

注意，這是一個關鍵時刻，如果一次只發射一個光子，這個光子要么穿過左縫，要么穿過右縫，它不可能像水波一樣同時穿過兩個縫，對吧？既然只能穿過一個縫，它就沒法跟別人干涉，按理說，屏幕上應該只出現兩道亮線。

科學家屏住呼吸，看著屏幕上一個個亮起的光點，起初光點看似隨機分布。但隨著光子數量增加，令人頭皮發麻的一幕出現了：那些光點竟然慢慢排列成了明暗相間的干涉條紋！每一個光子都是單獨通過的，它的前后都沒有別的光子，它在跟誰干涉？

答案只有一個，也是最瘋狂的一個：光子在跟自己干涉。

根據量子力學的解釋，當光子在飛向雙縫時，它不是一顆子彈，而是一個“概率波”，它同時穿過了左縫和右縫，它處于一種“既左又右”的疊加態，這個分身后的自己和自己相遇，產生了干涉，最后在屏幕上坍縮成一個點，這已經不是科幻了，這是玄幻。

如果不去觀測，光子就是波，那如果我們偷偷看一眼呢？科學家在雙縫旁邊裝了探測器，想看看光子到底走了哪條路，結果詭異的事情發生了：一旦你打開探測器，干涉條紋瞬間消失了，屏幕上只剩下兩道杠，光子仿佛知道有人在偷窺，立刻收起了波動的神通，老老實實變成了一顆規矩的粒子。

關掉探測器？條紋又回來了！

這意味著：觀察者的“看”，改變了物質的“態”，在宏觀世界，月亮不管你看沒看它，它都在那里，但在量子世界，你不看，它是波；你看，它是粒子，波爾說：“在觀測發生之前，沒有任何物理量是客觀存在的。”愛因斯坦氣得直跺腳，留下了那句名言：“上帝不擲骰子！”他至死都不愿相信世界是由隨機和概率主宰的。

但這還不是最恐怖的，1979年，為了紀念愛因斯坦誕辰100周年，物理學家約翰·惠勒提出了一個讓因果律崩潰的實驗，延遲選擇實驗。

惠勒的腦洞是這樣的：既然觀測會破壞干涉，那我們能不能耍個賴？我們等光子已經穿過了雙縫，但還沒有到達屏幕之前，再決定要不要觀測它，按照常理，光子穿過雙縫是“過去”發生的事，我們“現在”的決定不應該改變“過去”的選擇。

1984年，馬里蘭大學真的做成了這個實驗，結果讓所有人背脊發涼，不管你在光子出發前決定，還是在光子穿過雙縫后決定，結果是一樣的，只要你最后決定觀測路徑，光子在過去就是以“粒子”形式穿過單縫的，只要你最后決定不觀測路徑，光子在過去就是以“波”的形式穿過雙縫的。

這意味什么？

意味著現在的行為，決定了過去的歷史，或者更準確地說，在量子力學里，根本沒有確定的過去，過去、現在和未來是糾纏在一起的，直到觀測的那一瞬間，歷史才坍縮成唯一的現實。

不要以為這只是光特有的怪癖，后來科學家發現，電子、原子，甚至由810個原子組成的巨大分子，都具有波粒二象性，2013年，科學家讓巨大的分子穿過雙縫，同樣看到了干涉條紋，那為什么我們在生活中看不到？為什么你把自己扔向兩扇門，不會變成兩個人？

根據德布羅伊的公式，物體的波長與動量成反比，你的質量太大，動量太大，導致你的波長短到了幾乎為零，短到完全無法產生宏觀的干涉，但這并不代表波動性不存在，它只是被掩蓋了。從本質上講，構成你身體的每一個粒子，都是一團概率的云霧。

回到最初的問題：光到底是什么？

它不是波，也不是粒子，它是我們人類語言無法描述的某種存在，正如諾貝爾獎得主費曼所說：“我可以有把握地說，沒有人真正理解量子力學。”