深度長文：量子力學到底講了些什么？為什么如此詭異？

量子力學一百多年前就已經誕生了，但是至今人們也不清楚量子力學的底層邏輯到底是什么。量子力學不僅讓普通吃瓜種群感到困惑，即便是偉大的物理學家們，他們也無法理解量子世界里的運行規律。科學家們只知道量子世界里的確存在很多詭異現象，但并不知道那些詭異現象背后的本質到底是什么。

下面盡可能以通俗的語言來分享量子力學到底是一個怎樣的理論。

首先，何為量子？

量子是現代物理學中很重要的一個概念，任何物理量如果存在最小的不可分割的基本單元，就稱該物理量是量子化的，最小的基本單元就是量子。可見，量子并不是電子和光子那樣的基本粒子，它只是一個物理學概念。

量子力學是描述微觀世界運行規律的理論，它與經典物理學有著本質的區別，這種區別是顛覆性的，可以說完全違背我們日常生活認知，甚至顛覆我們的世界觀和宇宙觀。

除量子力學之外的所有物理學，都是經典物理學，包括牛頓力學，愛因斯坦的相對論，麥克斯韋的電磁理論等。雖然相對論對我們的宇宙觀也有很大的顛覆，但這種顛覆并不是最根本的，更多的只是時空觀的顛覆，相對論也承認這個世界是確定的，可描述可預測的，因果律統治著我們的世界。

但是量子力學對人們世界觀的顛覆是超乎想象的，在量子世界里，微觀粒子完全不用遵循經典物理學定律，那里的一切都是模糊的，都只能用概率去描述，甚至連我們認為固若金湯的因果律，到了量子世界都不再適用了。

在我們的現實世界，除了最基本的因果律之外，還有光速限制，任何物體和信息的傳播速度都不可能超過光速，但光速限制在量子世界，似乎也不再成立了。

最典型的例子就是量子糾纏，一個讓愛因斯坦也感到無比困惑的詭異現象，也被愛因斯坦稱為“鬼魅般的超距作用”。兩個發生糾纏的粒子，不管相距多遠，都可以瞬間感應到彼此的存在，如果某個粒子的狀態發生改變，那么另一個粒子會瞬間做出相應改變，就好像兩個粒子之間存在某種神奇的“心靈感應”一樣。

這也是為什么量子糾纏被譽為量子世界里最讓人難以理解的現象之一。物理學界是這樣定義量子糾纏的。當兩個或多個粒子發生相互作用之后，單個粒子原有的屬性消失不見，只會體現出整體的屬性。

可以用這種方式來通俗描述量子糾纏。糾纏中的粒子就像是一副手套，把兩只手套放在密封的箱子里，我們并不知道箱子里放的是左手套還是右手套。現在把這兩個密封的箱子分開，不管分開多遠，哪怕是分別在宇宙的邊緣，只要我們打開其中一個箱子，發現是左手套，那么立刻就能知道另一個箱子里是右手套。整個過程并沒有任何信息傳遞，我們憑什么會瞬間知道另一個箱子里是右手套呢？

兩只手套是整體，可以認為是“糾纏關系”，相當于兩只手套一直處在“糾纏”狀態中。

說白了，糾纏中的兩個或多個微觀粒子，就相當于一個粒子，因為糾纏中的粒子只能描述整體性質，并不能描述單個粒子的性質。

雖然量子糾纏過程中并沒有傳遞任何信息，但這種現象仍舊讓物理學家們感到困惑。人們至今也沒有完全弄明白量子糾纏的過程到底是如何發生的。不過，物理學家們利用詭異的量子糾纏現象，可以制造出強大的量子計算機，性能遠超如今的電子計算機，甚至可以說是“降維打擊”，為什么？

因為現代電子計算機，不管性能多強大，計算速度多快，都不能超過光速。我舉個例子來對比，就能知道電子計算機，也就是如今我們用的計算機，與量子計算機的差距了。

有兩捆電線，每捆都有100根，我們對每捆電線中的100根電線標上記號，分別標注上從1到100的數字，我們并不知道每根電線的號碼到底是多少。

現在，讓兩捆電線中數字相同的兩個電線連接起來，我們該怎么做呢？

由于不知道電線到底是多少號，只能一根一根去試。運氣好的話，可能一次就成功了，運氣不好的話需要嘗試100次才能對接成功。而且每次嘗試都可能需要很多次才能成功。

即使每次都運氣最好，也需要100次才能對接成功，而如果每次運氣都是最壞，,需要多少次才能對接成功呢？

100乘99乘98......一直乘到1！

這就是簡單的數學運算，不用計算這個數是多少，但肯定很大很大！

而實際上，這就是現代電子計算機的工作原理。雖然上述例子不太嚴謹，但本質沒有什么不同，只是計算機的速度足夠快，能夠在很短時間里計算近乎無數次，相當于嘗試無數次，當然可以在瞬間嘗試出正確的答案。

而量子計算機完全不用那么麻煩，那么“笨拙”。那分別有100根電線的兩捆線，就相當于處于糾纏狀態的兩百個微觀粒子，它們可以瞬間感應到彼此，因此兩個號碼相同的電線可以瞬間找到對方，然后連接起來，根本不用任何時間。

這就是量子計算機的厲害之處。

當然，以上只是理論上分析，現實中很難制造出如此強大的量子計算機，因為要讓很多微觀粒子處于糾纏狀態是很難的，因為微觀粒子很容易受到外部環境影響，從而發生“波函數坍縮”，中斷糾纏狀態。

除了量子糾纏之外，量子世界還存在著更讓人無法理解的現象：疊加態。

所謂的“疊加態”，就是說微觀粒子具有某種疊加屬性，比如說電子的自旋方向，其實是處于同時朝上和朝下的疊加態。我們可以用宏觀世界來打比方就能知道疊加態到底有多詭異了。

很多人都玩過擲硬幣游戲，當硬幣在空中轉動時，我們并不知道硬幣是正面還是反面。但我們知道的是，不是正面，那肯定是反面，也就是說，硬幣的狀態只能有一個，要么是正面，要么是反面。而且不管是正面還是反面，其實早就確定了，只是我們不知道而已。

但如果這枚硬幣來到了量子世界，一切都不同了。硬幣的狀態發生了本質變化，不再處于“要么正面，要么反面”的唯一狀態，而是一直處在“既是正面又是反面”的疊加狀態。

當我們想知道“既是正面又是反面”到底是一個什么狀態時，只能去觀測，但奇怪的是，只要我們以觀測，硬幣就會從“既是正面又是反面”的疊加態，瞬間坍縮為“要么正面，要么反面”的唯一確定狀態。

可以看出，這就是一個“魚和熊掌不可兼得”，或者說“矛盾”的無解情況，我們永遠不可能親眼看到所謂的疊加態到底是什么狀態，只能去想象或者用理論去強行描述，為什么？

因為要想知道，就必須進行觀測，但任何形式的觀測，都會導致硬幣的“波函數”發生坍縮，從所謂的疊加態坍縮為唯一的確定狀態。要想不破壞硬幣的疊加態，就不能做任何觀測，但不觀測就不可能具體了解疊加態！

雖然疊加態看起來很“無解”，但是物理學家們有的是辦法確定疊加態真的存在，著名的電子雙縫干涉實驗就是最好的證明，不觀測電子時，電子就會呈現無處不在的疊加態，波動狀態，或者說“既是粒子又是波”的疊加態，只要觀測，電子就會坍縮為確定的粒子狀態。

量子力學中的這種疊加態，實際上也是不確定性的另一種表現形式。而愛因斯坦和薛定諤等物理學界大佬對不確定性和疊加態非常厭惡，于是也有了著名的思想實驗，薛定諤的貓，那是薛定諤專門用來諷刺并質疑哥本哈根學派關于量子世界的不確定性詮釋。

薛定諤的貓這個思想實驗，其實早就被說“爛”了，我也曾經科普過多次，今天實在不想再多說了。總之就是，該思想實驗試圖把微觀世界與宏觀世界建立聯系，然后把量子力學中的疊加態引入到宏觀世界，結果帶來了與現實世界相悖的結果，這個結果就是“既死又活”的貓，這只貓處于“既死又活”的疊加態。

當然，我們都知道，現實中不可能存在這樣一只貓，無論是在科學上還是哲學上，這樣的貓都不可能存在。隨著越來越多的物理學界大佬試圖詮釋薛定諤的貓，也在一定程度上推動了量子力學的發展，提出了很多很多瘋狂的理論，比如說平行宇宙理論，甚至還有虛擬世界理論，當然也有更具說服力的退相干理論。

總結

量子力學為什么如此詭異，其實我們并不知道，這也是很多物理學界大佬都表達了這樣的觀點：如果你第一次讀到量子力學，認為自己明白了量子力學，恰恰說明你對量子力學完全不了解！

雖然量子力學很詭異，但物理學家們知道所有的詭異現象并不是猜測，更不是假說，而是真實存在的。更重要的是，雖然量子力學的核心思想是不確定性，但毫無以為量子力學是一門最精確的理論，能夠在最基礎的層面描述微觀粒子的運行規律。

更很重要的是，雖然物理學家們不理解量子力學的最底層邏輯，但這并不影響量子力學走進我們日常生活，除了上面所講的量子計算機之外，量子力學早就廣泛應用在很多其他領域，比如說量子化學，超導磁體，二極管，晶體管和半導體等，我們日常生活中離不開的手機和電腦芯片，就包含有量子科技！

也許，我只是說也許，微觀世界的不確定性和隨機行為才是世界的真相，而我們每天看到的所謂客觀真實世界，只是我們的錯覺而已。