為什么微觀粒子的狀態是不確定的，必須用概率去描述？

量子力學告訴我們，微觀粒子的狀態和運行規律并不能用經典物理去描述，因為微觀粒子的行為完全違背了我們的傳統認知，甚至顛覆了我們的人生觀和宇宙觀。

這也是為什么有物理學界大佬會這樣講：如果你第一接觸到量子力學，沒有因為量子世界的詭異行為感到絲毫困惑的話，并不能說明你很聰明，更不能說明你真的了解了量子力學，恰恰相反，是因為你完全不明白量子力學！

說白了就是：無知者無畏！

實際上，不要說普通吃瓜群眾了，所有的物理學家大佬們至今也都無法理解：為什么量子世界如此詭異？

量子世界里，違背我們生活常識的地方實在太多了，甚至完全違背了人們認為堅不可摧的“因果律”。

量子力學發展了一百多年，那么如今的物理學界是如何描述量子力學的呢？

波粒二象性是量子力學的核心思想，但實際上這樣一個“中庸”的描述方式，恰恰凸顯出了人類的“無能和不甘”，因為我們實在不知道到底該如何準確描述量子世界的詭異行為，只能用“波粒二象性”這個模棱兩可的定義去描述。

現實中的我們很難理解一個物體既有粒子特性，也擁有波動性，一會表現出粒子性，一會又表現出波動性，微觀粒子的狀態到底是什么，最終竟然取決于我們的觀測，不觀測時，是飄忽不定的波動性，微觀粒子無處不在。一旦實施了觀測，粒子瞬間就坍縮為粒子性，成為確定存在的粒子。

先來看看我們的經典世界是如何描述物體狀態和運動的。

在物理課上，我們都學過質點的概念，在研究一個物體的運動時，通常可以將物體視作一個質點，進行模型化處理方便理解，然后就可以準確地測量計算該物體的相關物理量了，比如說質量，速度，加速度等，所有這些物理量都可以通過牛頓經典力學計算出來。

中學時學的物理并不涉及相對論知識。其實相對論也屬于經典物理學范疇，與牛頓經典力學是一樣的，只不過相對論描述的是高速狀態的宏觀物體的運行規律。

利用牛頓力學和相對論，完全可以描述我們宏觀物體的運動規律。

隨著科學家們對微觀領域的深入探索，有了不一樣的發現。相繼發現了原子核，電子，質子中子甚至夸克的存在。而當科學家們觀測這些微觀粒子的運動規律時，發現牛頓經典力學和相對論都不好用了，并不符合經典物理學的預測。

比如說，原子核帶正電，電子帶負電，如果按照牛頓經典力學的預測，電子在運動的過程中能量會發生衰減，最終墜落到原子核上，但現實中并沒有出現這樣的情況。

顯然，經典物理學遇到了難題，該如何解釋電子等微觀粒子的行為呢？

玻爾首先提出了“電子躍遷”的概念，電子在不同的能級之間來回躍遷，但只能吸收或者釋放特定的能量，也就是光量子整數倍的能量，因此只能在不同的能級躍遷，而不能躍遷到兩個能級之間。

不過，玻爾的理論也有缺陷，并不能解釋電子云現象。

隨著電子雙縫干涉實驗的開展，物理學家們發現了更多詭異現象，明白了電子等微觀粒子同樣具有波粒二象性，這就意味著，電子可以同時出現在兩個不同的地方，甚至可以出現在任何地方。

那么，到底該如何描述微觀粒子的狀態呢？只能用不確定性原理。雖然我們并不能同時獲取微觀粒子的速度和位置信息，但微觀粒子的速度和位置的不確定性滿足一定的關系，這個關系就是：速度不確定性與位置不確定性的乘積必須不小于一個常數，盡管這個常數很小，但比零要大。

物理學家們還發現，雖然我們不能確定微觀粒子的速度和位置信息，但可以用概率去描述，可以用概率描述微觀粒子在某個位置出現的概率。

這就是“概率波”詮釋，用于詮釋薛定諤方程中的“波函數”。也就是說，微觀粒子的行為就像波動一樣不可預知，無處不在，它們的行為只能用概率波去描述。

為什么會這樣？

很抱歉，人類也不知道，也很無奈，只知道微觀世界確實是那樣的，不確定性和概率波就是微觀粒子的固有屬性，人們也只能用概率去描述微觀粒子的運動。

這就好像“擲骰子”一樣，最終到底是幾點，是不確定的，隨機產生的。愛因斯坦和薛定諤等物理學界大佬無論如何都不能接受微觀粒子的概率行為，愛因斯坦堅信“上帝不會擲骰子”，但今天的主流科學界顯然更支持“上帝的確會擲骰子”。

還有一個問題，宏觀物體都是由微觀粒子組成的，既然微觀粒子是不確定的，只能用概率去描述，為什么宏觀物體的狀態是確定的呢？

最關鍵的是，微觀粒子的不確定性也是“相對”的，因為任何觀測行為都會導致微觀粒子的“波函數坍縮”，從不確定性坍縮為確定性，從一片模糊的波動狀態，坍縮為真實存在的確定狀態。

深層含義就是：難道這個世界的真實性取決于我們的觀測嗎？當我們不觀測時，世界一片模糊不定，而當我們觀測的一瞬間，世界才變得真實？

雖然這讓人很難接受，但目前來看，確實是這樣的。那么最大的問題又來了，為什么我們的觀測行為會導致微觀粒子的“波函數坍縮”，從波動性坍縮為粒子性呢？

很遺憾，人類還是不知道該問題的答案，只是觀察到了那種行為確實存在，于是用“波函數坍縮”去描述。說白了，所謂的“波函數坍縮”只是科學家們根據觀察到的結果，倒推出來的結論，說點不好聽的就是“馬后炮”，本質來講就是“假設”。

當然，網絡上也有人會提出這樣的觀點：觀測之所以會導致波函數坍縮，是因為觀測本身意味著一定會與微觀粒子發生相互作用，從而影響到微觀粒子的狀態。

這種觀點確實更容易被我們接受，畢竟更符合我們的生活經驗，不過是站不住腳的，畢竟如果觀測行為干擾了微觀粒子的量子狀態，意味著之前在觀測之前，量子系統已經有某種確定狀態了，顯然這就與“觀測行為改變量子狀態”發生了矛盾。

當然，物理學家們雖然不知道量子世界為什么會發生“波函數坍縮”，但還是提出了很多假設，比如說平行宇宙假說，高維度空間，甚至還有“意識決定論”等，但究竟哪一個才是量子世界的本質，我們還不知道。

大自然總是這樣，總是在人們以為快要觸摸到大統一理論的時候，給人們“當頭一棒”，衍生出更多更不可思議的大自然現象。