第四十六章：量子力学本质,你思考过这个问题吗？这是第四十六章，如果你是一路跟着看过来的，我现在问你量子力学到底讲了啥？你觉得量子力学的本质什
么？我知道即使再写45章，问大家这个问题，大家还是一头雾水。那么我再换一个问题来问：经典力学的本质是什么？哈哈，终于发现这是个套了
吧。任何一个问题，提到本质两个字，都是很艰巨的，甚至是残忍的。我们不能简单的说经典力学的本质是研究宏观世界的运动规律。我们也不能简
单的说量子力学的本质是研究微观世界的运动规律。那样的话我们不如总结说无论量子力学的本质，还是经典力学的本质都是探索世界的运动规律。
还要提醒大家一点，我们其实并不清楚的知道量子力学与经典物理的界限。其实我这样的提问，也是一个值得注意的点。我在前面关于量子纠缠的章
节中，其实已经提到了。有人参与的社会活动，对于用什么语言来表述和提问是很重要的。人的本质是什么？一定在人之外去对比的。是和动物
，植物相对比才能得出人的本质是什么？所以上面的答案其实是没有标准的。量子力学是一个物理体系，经典力学也是。它们都是人类认识世界的成
果，是世界客观规律的反映。从哲学上来说，这就是任何知识的本质认识。可是从物理角度来说这不是。可是你要再细问：相对论的本质是什么？
物理角度答案就是相对论的本质是时空理论，时空引力理论。或许有人会这样说，从物理角度来说，量子力学的本质就是概率或者波粒二象性等。无
论是什么，好像量子力学从诞生以来就给我们一种不确定的感受。不像经典力学那样，让我们感觉更实在些。这对于人类的好奇来说，实在是种折磨
。量子力学诞生已近一个世纪。它给物理学、工业和人类生活带来了翻天覆地的变化，贡献是卓著的。然而，虽然量子力学无比实用，科学家对量子
力学基本概念的理解却一直停滞不前。举个例子：量子力学波函数到底是真实的存在，抑或仅仅是科学家用来计算的工具？箱子里既活又死的薛定谔
猫，真的存在吗？量子纠缠是怎么回事？双缝衍射是怎么回事？我们认为量子力学只要实用就够了，无需深入探讨其基本概念和含义，但是量子力学
的各种诠释显然不能让人越来越不满意。很多人，包括费曼，温伯格，爱因斯坦，薛定谔等获得诺奖的人，都在表达一个意思：“你真正去学习了量
子力学，你才发现你越来越不懂量子力学了。”造成这个现象的根本原因是什么？为什么会有这样的不实在感。量子力学，它是如此反直觉，以至
于只能用数学的语言才能准确地描述它。量子力学中诡异、甚至反直觉的要素，因何而产生。在量子力学领域，物理学家已经习惯用“概率”来描述
现象，但概率难道不是体现了我们对研究对象了解得还不完全吗？什么是概率？不管你们承不承认，其实量子力学的概率，和现实宏观中的概率本
质是一样样的。就好像现实中的人，我们经常问：“你相信缘分吗？”“缘分”这个词，一点也不神秘。你出现在这个世界上，那么你遇到任何人的
逻辑，本来就包含在这个世界的所有相遇可能性逻辑之中了。重点是你会把这样的情况，说成是偶然还是必然？偶然还是必然！各位，我其实很多
次在我的作品中强调这个观点了。所有量子力学的奇异性，就在于你如何去理解这个问题。一点也没有错，粒子与粒子的相遇，碰撞，和人与人，人
与石头的遇到和碰撞有什么本质的区别？没有！都是概率！世界是确定的，量子力学也是确定的。但世界不会以单一的状态来显示它的确定性，
至少我们看到的是这样的。所以有不确定性原理，波粒二象性，宇称不守恒，真空极化等等物理现象。还记得我在本书开篇讲的那个案例吗？要在1
分钟内知道中国现在有多少人活着的问题。问你，你肯定不知道。但有人知道。现在不知道，将来技术手段也能知道。你只知道，你们班有多少人，
但你的校长，知道这个学校多少人？这就是区别。去看看最强大脑，你就知道了。你不知道，你认为不可能的事情，有人可以做到。因为一切有迹
可循！数学是宇宙的语言，我赞同这句话。那么这种语言的暗示，我们就应该重视。很简单的一个例子，一个圆，它的周长是整数，可是每一个圆里
有含有无穷不循环的小数π。你觉得这意味着什么，这语言想要表达什么？完整圆不是整数塑造的，是非整数塑造。它是π，它是确定的，我们用
它计算了无数次。房子，车子，桥梁，飞船都靠它计算。可是你如果非要说，我们不确定它，它是无穷小数。是啊！我们不确定他，你凭什么说它不
确定。在我们要确定它之前，谁敢说它是不确定的。看看我们的世界，是货真价实的，是热气腾腾的。那么一个π，就是真实的，就是确定的。我深
深的相信，即使你计算到它的1兆亿亿位数之后，你依然会赞同我这样说。在牛顿的理论中，大自然完全是决定论的，也就是说，如果你知道了太阳
系所有物体的位置、速度和相互作用，理论上你可以算出任何时候它们各自在哪里。只有当你没有完全了解某些事情的时候，才会使用“概率”这一
概念，就像你往地上扔一个骰子，你不知道它会有怎样的运动轨迹，也不知道它最终会是哪一面。记住，你不了解，你确定的事情，会用到概率。但
那是你，或说我们人类！不代表所有生命的可能！量子力学却大量地使用概率来描述现象，这就是一些声名卓著的科学家强烈反对量子力学的原因。
也是我们觉得它不实在的原因。我自己倒认为这是我们反对自己的原因，也是我们自己觉得自己不实在的原因。深思吧，你会发觉的。人类历史就是
这样一步步证明的。1926年，玻恩提出电子波函数的本质是概率后，爱因斯坦写信给他，信中说：“量子力学是很不错，但我内心的声音告诉我
，它不是事物真正的本质。这一理论能得到很好的结果，但它无法告诉我们上帝的秘密。不管怎么样，我坚信，上帝不掷骰子。”直到1964年，
物理学家理查德·费曼还在康奈尔大学的一个讲座上说道：“我想我可以有把握地说，没有人真正理解量子力学。我也说过，上帝不掷骰子，上帝让
人类掷骰子。人类，不应该掷骰子！这是我的观点！但身为人类，我们怎么能摆脱“主动性”的本能呢！你如果真正的去思考爱氏的话：“我坚信，
上帝不掷骰子。”其实是一种信念，这种信念就是伟大科学家的信念。爱氏要表达的理念是世界是可以研究的，可以研究清楚的。世界是确定的。不
是上帝在那开玩笑。所以他会在前面说：“这个理论应该有更好的结果。”此话一点毛病都没有。但玻尔也没有错，玻尔是看着实验结果说话的。随
时时间推移，物理学家已经学会使用量子力学得出越来越精确，越来越成功的计算结果。劳伦斯·克劳斯就将关于氢原子的一个量子力学计算结果称
为所有科学领域中被计算得最精确的一个量，他并没有夸张。量子力学成为了我们理解原子、原子核、导电性、磁性、电磁辐射、半导体、超导体、
白矮星、中子星、核力以及基本粒子的基础，所以它是确定的。有那么多理论，预言了很多粒子存在。很多粒子后来也被实验证明是存在的。试想想
返回到500年前，谁如果说有反粒子，有胶子，有电子，有正电子，别人会怎么想？那是不可能的事情。甚至没有人能做出这样的理论预测。所以
世界是确定的。随着我们知道的越多，掌握的越多，能预测的就越多。牛顿的理论在他提出的年代也曾经让很多人不舒服，在牛顿的理论中，两个相
隔遥远的物体可以发生相互作用，哪怕它们之间不存在有形的拉力或推力，这似乎给本该实实在在的科学带来了一些神秘的超自然因素，因此在当时
招致了笛卡尔追随者的反对。此外，牛顿的万有引力定律也不能由某些基本的哲学定律导出，这也是莱布尼茨及其追随者的反对的原因之一。牛顿定
律没能满足很多前人对宇宙定律的期望，如托勒密（我们已经抛弃了托勒密的地心说），和开普勒学说。然而，随着时间推移，牛顿引力理论显示出
优势，最终成为压倒性的最成功的理论，它能解释大到行星，小到苹果等物体的运动，包括月球、彗星，甚至地球的形状也能解释。到18世纪末，
几乎所有人都同意牛顿理论是正确的，至少是个极为成功的近似。因此，强求一个新诞生的理论遵循某种已有的哲学标准，似乎并无必要。我们需要
让其自然发展，看看我们能从中得到什么，或许我们需要反过来改变我们的哲学观点。我们就是这样做的，我们也算这样走的。现在再来回顾开篇提
到那几个问题，在量子力学中，我们用波函数来描述粒子。波函数在本质上就是一系列数字，每个数字都代表了系统可能出现的一种状态。如果系统
只包含一个粒子，那么波函数中的每个数字就对应着这个粒子可能出现的所有位置，数字的大小代表着它在这个位置出现的概率。那这有什么问题呢
？问题的焦点就在于“测量”这一行为。举个最简单的例子，对电子自旋的测量：自旋又被称为角动量，它是用来衡量某种物体绕着一个轴“旋转”
速度的物理量。所有理论都表明，实验也都证实了，当你测量一个电子自旋的时候，它只能取两个值中的一个，+h/4π或–h/4π（h为
普朗克常数），这可以理解为电子绕着轴要么顺时针旋转，要么逆时针旋转。但只有当你测量的时候，电子才会取这两个值之一，当你没有测量的时
候，电子的自旋状态处于这两种态的叠加态。这在我的想象里一点也不矛盾。和波粒二象性本质其实是一样的。举一个宏观的例子。一个带有4片风
扇叶的风扇，当它不转的时候，你轻易的就可以抓到第一片，第二片，第三片，或第四片风扇叶。现在飞速转起来，让你抓第一片，你能抓到吗？
显然是不能的，你连看都看不清，还怎么抓。但当你“抓”的时候，飞速转动的风扇慢了下来，你又看清了。本质上和测量动作是一样的。玻璃二象
性也是，看你看它的方式是什么样的。有些现象你需要用到波来解释，还有一些现象你需要用到粒子来解释，还有一些现象你两者都得用。以如何测
量自旋来讲？把电子放在磁场中，磁场方向与你想测量电子自旋的方向一致就可以了。自旋可以用波函数来描述，如果只考虑波函数中关于自旋的一
部分，它就只包含两个数，一个代表正自旋，一个代表负自旋。量子力学中有一条规则叫玻恩规则，以马克斯·玻恩命名，它告诉我们如何利用波函
数来计算电子自旋为正或为负的概率——这概率就是波函数的该分量的平方。这有什么不好的呢？有人说问题并不在于概率，量子力学发展了这么多
年，我们完全可以容忍概率的存在了。问题在于，电子自旋随着时间的变化遵循薛定谔方程，但薛定谔方程本身并不包含概率，它同牛顿运动方程一
样，完全是决定论的。那概率又是从哪里冒出来的呢？很多人说这就是量子力学的问题之所在。但我不这样看，就像我在上面举了一个圆的例子。一
个完整的圆包含了不完整无穷不循环的小数π。世界的完整永远包含着无穷，这才是世界的法则。一根绳子，对半切，理论上永远可以切下去。概率
是怎么来的，就是这样来的。你确定的事情，就是百分百概率，你不确定的，就是小于百分百概率。如果你认为太阳明天照常升起是百分百概率，那
么这样的例子可以在量子力学中找到很多很多。量子力学是不确定的，量子力学中的奇异性，也很正常。因为可以理解。其实真正意义上的奇异性，
在于未来。因为未来才是难以把握的。但如果不能把握现在，更谈不上把握未来了。就好比我现在问你：“1万年后太阳还会照常在地球上升起吗？
”各位，我希望你的感觉和我的感觉此刻是一致的。概率是实实在在的物理现象，我应该理解它，我们应该爱它。但我要强调一个总的原则，这是很
值得强调的。因为量子力学的理论，已经是一片红海了。就拿第45，第46章的弦理论来说，我是犹豫了后才决定还是要介绍的。但我要说高维度
空间，多世界理论不如概率实在。世界也是以这样的方式来展示它的存在的。想象中的世界不一定是真实，但真实的世界一定可以想象。人一定要在
自己可以想象的地方去努力，而不是要在想象的世界里去努力，这是方向问题，不容忽视！就像我在关于量子纠缠的文章中说过，如果想象中的世界
是真实的，那么这个世界就不存在问题。量子力学在计算方面是非常实用的。在如何运用量子力学的问题上并不存在什么争论，物理学家都用同样的
方式使用量子力学，而且计算的确有效。也许我上面提到的这些问题都只是语言的问题，跟量子力学本身无关。一些现代哲学观点认为，最“哲学”的问题都是跟我们所运用的语言相关的问题，因为我们是人。很多导师常用这种观点来教育那些抱怨量子力学的研究生们：闭上嘴，只管算。所以不要想着去试图建立一个可以隔绝所有环境的系统。那是不可能的。就像我们好多人说，我们要到太空里去。其实我们就在太空中。以上就是关于量子力学本质的一些论述。希望可以不止帮助大家理解量子力学，更帮助大家理解生命，理解生活。遇到你们，是我的缘分。在没有遇到之前，缘分只是可能，在遇到之后，缘分就是确定的。摘自独立学者，诗人，作家，国学起名师灵遁者量子力学书籍《见微知著》 |
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