量子力学为什么要挑战物理学

量子世界的完整而怪异的故事太大了，一篇文章写不完，但从1905年爱因斯坦首次发表光电难题的解决方案，到20世纪60年代，一个完整的、经过良好测试的、严谨的、疯狂复杂的亚原子世界量子理论终于出现，这段时间是相当长的故事。

这个量子理论将以它自己的方式，为我们对光的理解提供它自己完整的修正。在亚原子世界的量子图景中，我们所说的电磁力实际上是无数微观相互作用的产物，是不可分割的光子的作用，它们以神秘的方式相互作用。就是字面上的神秘。量子框架没有提供亚原子相互作用实际如何进行的图景。相反，它只是为我们提供了一个计算预测的数学工具集。因此，虽然我们只能无奈地耸耸肩回答光子是如何工作的问题，但我们至少具备了一些预测能力，这有助于减轻量子不可理解的痛苦。

在量子力学中，做物理学的事情 —— 也就是说，用数学模型做出预测，并根据实验进行验证 —— 是相当困难的。这是因为一个简单的事实，即量子规则不是正常的规则，在亚原子领域，所有的赌注都是无效的。

亚原子水平上的相互作用和过程，不受宏观过程的可预测性和可靠性的支配。在宏观世界中，一切都是有意义的（很大程度上是因为我们已经进化到能够理解我们所生活的世界）。我可以把一个球抛给一个孩子足够多的次数，这样他们的大脑就能很快地捕捉到一个可靠的模式：球离开我的手，球沿着一个弧形的路径，球向前移动，最终落到地上。当然，根据速度、角度和风的不同，掷球的基本要点是一样的，每次都是这样。

但在量子世界却不是这样，在量子世界里，完美的预测是不可能的，可靠的陈述也是缺乏的。在亚原子尺度上，概率决定一切 —— 不可能确切地说出任何给定的粒子在任何给定的时刻会做什么。这种可预见性和可靠性的缺失起初让爱因斯坦感到困扰，后来又让他感到厌恶，他最终离开了量子世界，对他的同事们被误导的工作遗憾地摇了摇头。因此，他继续他的工作，试图找到一种统一的方法来结合两种已知的自然力量，电磁力和引力，而不是量子框架。

当20世纪30年代首次提出两种新的力来解释原子核的深层运作时（分别是强核力和弱核力），这并没有阻止爱因斯坦。一旦电磁学和万有引力成功地结合起来，在新的自然力中工作就不需要额外的努力了。与此同时，他那些倾向于量子的同时代人对这些新力量充满了兴趣，最终将它们纳入了量子世界观和框架。

在爱因斯坦生命的最后阶段，量子力学可以描述三种自然力，而引力则独树一帜，他的广义相对论是他智慧和创造力的纪念碑。

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