深层解读量子力学，它为什么如此诡异？

百余年前，量子论的诞生颠覆了科学界的认知，至今它的深层机理仍然让人迷惑不解。不仅普通大众对量子力学的奇异现象感到困惑，即便是物理学界的大师们，也对量子领域中事物的运作逻辑感到难以理解。科学家们仅能证实量子领域中确有许多不合常理的异象，但对这些现象背后的真谛知之甚少。

接下来，我将尽量用易于理解的语言，来阐述量子力学的奥秘。

那么，何谓量子呢？

在现代物理学的语境中，量子是一个至关重要的概念，任何物理量如果存在最小的不可分割单位，那么我们就称这个量是量子化的，而这个最小的单位就是量子。然而，量子并不特指电子、光子等基本粒子，它更多地是一个抽象的物理概念。

量子力学是描述微观世界运作规律的科学，它与我们日常所熟知的经典物理在本质上截然不同，这种差异是革命性的，足以颠覆我们的基本世界观和宇宙观。

除了量子力学之外，几乎所有的物理学理论，无论是牛顿的万有引力理论、爱因斯坦的相对论，还是麦克斯韦的电磁理论，都属于经典物理的范畴。虽然相对论对我们的宇宙观造成了不小的冲击，但这种冲击并未触及根本，它主要颠覆了我们的时空观念，而相对论依旧承认世界是确定的、可描述和可预测的，因果律是宇宙的主宰。

但量子力学对世界观的颠覆则超出了想象。在量子领域，经典物理的规律不再适用，微观粒子的行为变得模糊不清，只能用概率来描述，甚至连因果关系这个看似铁律的原则，在量子世界中也不再成立。

在我们的现实世界中，除了基本的因果律，还有光速的限制，任何物体和信息的传播速度都不能超过光速。然而，在量子世界中，这一定律似乎也不再适用。

最典型的例子就是量子纠缠，一种让爱因斯坦都感到困扰的奇异现象，被他称作“鬼魅似的远距作用”。两个发生纠缠的粒子，无论它们相隔多远，都能够瞬间感知到彼此的存在。一旦一个粒子的状态发生变化，另一个粒子也会瞬间做出相应调整，仿佛两者之间有某种心灵感应。

这使得量子纠缠成为量子领域中最令人难以理解的现象之一。物理学界对量子纠缠的定义是：当两个或多个粒子发生相互作用后，它们原有的特性消失，只表现出整体特性。

我们用一个简单的比喻来解释量子纠缠：想象纠缠中的粒子是一副手套，将两只手套分别放入密封的箱子中。我们不知道箱子里装的是左手套还是右手套。当把这两个箱子分开，无论它们相隔多远，甚至位于宇宙的两端，我们打开其中一个箱子发现是左手套，就能立刻知道另一个箱子里装的是右手套。整个过程中没有任何信息传递，我们凭什么能够瞬间得知答案？

两只手套是整体，它们处于纠缠状态，似乎一直在“纠缠”之中。

换句话说，处于纠缠状态的两个或多个微观粒子，仿佛是一个粒子，因为它们只能描述整体的性质，而非单个粒子的性质。

尽管在量子纠缠过程中并没有任何信息的传递，但这一现象还是让科学家们倍感困惑。关于量子纠缠发生的过程，科学家们至今仍未完全明了。然而，科学家们已利用这奇异的量子纠缠现象，制造出了强大的量子计算机，其性能远超现有的电子计算机，可以说是具有“降维打击”的能力。

这是因为，尽管现代电子计算机性能强大、速度飞快，但它们无法突破光速的极限。举个例子来比较，以我们现在所用的电子计算机为例，与量子计算机的差距巨大。

假设有两捆电线，每捆100根，我们为每捆电线中的100根分别标上从1到100的数字，却不知道每根电线的号码。

现在，要让两捆电线中数字相同的电线相连接，我们该如何操作呢？

由于不知道电线的具体号码，我们只能一根一根地尝试。运气好的话，可能一次就成功；运气差的话，可能需要尝试100次才能成功对接。而且每次尝试可能需要多次尝试才能成功。

即使每次都运气极佳，也需要100次才能成功对接，而如果每次都运气极差，需要尝试多少次才能成功呢？

100乘以99乘以98……一直乘到1！

这仅仅是个简单的数学问题，虽然没有具体计算这个数是多少，但肯定非常庞大！

而这实际上就是电子计算机的工作原理。尽管上述例子不够严谨，但其本质与计算机的工作原理相同，只是计算机速度极快，可以在极短时间内完成近乎无限次的尝试，相当于进行了无数次的测试，从而可以在瞬间得到正确答案。

而量子计算机则无需如此复杂和“笨拙”。那分别有100根电线的两捆线，就如同处于纠缠状态的两百个微观粒子，它们可以瞬间感应到彼此，因此两个号码相同的电线可以瞬间找到对方，无需任何时间即可连接。

这就是量子计算机的神奇之处。

当然，这仅是理论上的分析。实际上，制造出如此强大的量子计算机极具挑战性，因为要让众多微观粒子保持纠缠状态非常困难，它们很容易受到外部环境的影响，从而导致“波函数坍缩”，中断纠缠状态。

除了量子纠缠外，量子世界还存在另一种令人难以理解的现象：叠加态。

叠加态是指微观粒子具有某种叠加属性，例如电子的自旋方向，实际上处于同时朝上和朝下的叠加态。我们可以用宏观世界的例子来解释叠加态的奇异之处：掷硬币时，我们不知道硬币是正面还是反面，但我们清楚的是，不是正面就是反面。也就是说，硬币的状态是唯一的，要么正面要么反面，而且在落地之前就已经确定，只是我们不知道而已。

但如果这枚硬币进入量子世界，一切就不同了。硬币的状态发生了根本性的变化，不再处于“要么正面要么反面”的唯一状态，而是处于“既是正面又是反面”的叠加状态。

当我们试图观察“既是正面又是反面”的状态时，只能通过观测来实现。但奇怪的是，一旦我们开始观测，硬币就会从“既是正面又是反面”的叠加态瞬间坍缩为“要么正面要么反面”的确定状态。

这显然是一个“鱼与熊掌不可兼得”的矛盾情境，我们永远无法亲眼看到所谓的叠加态究竟是何种状态，只能通过想象或理论来描述。

因为要想了解，就必须进行观测，但任何形式的观测都会导致硬币的“波函数”坍缩，从叠加态变为唯一的确定状态。如果不进行观测，我们就无法了解叠加态的具体情况！

尽管叠加态看似无解，但物理学家们有办法证明叠加态的确存在。著名的电子双缝干涉实验便是最佳证明，不观测电子时，电子会呈现无处不在的叠加态，波动状态，或者说“既是粒子又是波”的叠加态，一旦观测，电子便会坍缩为确定的粒子状态。

量子力学中的叠加态实际上是不确定性的另一种体现。爱因斯坦和薛定谔等物理学界领军人物对不确定性和叠加态非常反感，因此出现了许多著名的思想实验，如薛定谔的猫。薛定谔的猫旨在讽刺并质疑哥本哈根学派关于量子世界不确定性的诠释。

薛定谔的猫这个思想实验被讨论过多次，在此不再赘述。简而言之，这个实验试图将微观世界与宏观世界联系起来，将量子力学中的叠加态引入宏观世界，结果导致了与现实世界相悖的情况，即“既死又活”的猫，这只猫处于既死又活的叠加态。

然而，我们都知道现实中不存在这样的猫，无论是在科学上还是哲学上，这样的猫都不可能存在。随着越来越多的物理学者尝试诠释薛定谔的猫，这一实验也在一定程度上推动了量子力学的发展，提出了许多疯狂的理论，比如平行宇宙理论、虚拟世界理论等，当然也有更具说服力的退相干理论。

量子理论似乎违反直觉，这已经不是什么秘密了。甚至一些科学界的领军人物都有过这样的评论：如果你初次接触量子物理就自认为理解了它，那实际上意味着你并没有真正弄懂量子物理！

尽管量子理论听起来十分神秘，但物理学者们明白，其中的所有神秘现象既不是基于推测，也不是建立在假设之上，它们都是千真万确的现实。另一个关键点在于，尽管量子理论的中心思想是关于不确定性的，但它毫无疑问地被认为是最精确的科学理论之一，能够在最微观的尺度上精确地描绘出亚原子粒子的运动规律。

尤为关键的一点是，尽管科学家们并不彻底理解量子物理背后的深层逻辑，但这并未能阻挡量子物理渗透到我们的日常生活中。除了前面提到的量子计算机，量子物理早已被广泛应用于众多其他领域，例如量子化学、超导体、二极管、晶体管、半导体等。事实上，我们日常生活离不开的智能手机和电脑的芯片中，就运用了量子科技。

或许，我在此仅仅是猜测，微观世界的那种不确定性和随机性也许才是宇宙的真正本质，而我们平日所见的，那个所谓的客观真实世界，可能仅仅是我们的一种错觉而已。