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道至精微,始現(xiàn)“量子”——科普一點(diǎn)量子力學(xué)

            道至精微,始現(xiàn)“量子”

                ——科普一點(diǎn)量子力學(xué)

    科普很難,既要符合科學(xué),還要讓文科生能大致看懂。尤其量子更難科普,眾說紛紜,未有定論,你說對他說錯。我只好試一下,爭取高中以上有興趣的讀者都能看懂,而且把一些質(zhì)疑爭論也擺出來,供大家參考。

    一、什么叫量子?

    也許不少人以為,量子是繼原子、質(zhì)子、中子、電子、光子、介子等等之后,又新發(fā)現(xiàn)的一種什么“子”,其實(shí)大謬!

    世界上并沒有一種什么微觀粒子就叫做“量子”。所謂量子,不過是個概念。按量子最初的概念,可以這樣說:如果物質(zhì)分割到了不可再分割的單元,這個單元就可以叫量子。

    從宏觀上看物質(zhì)似乎都是連續(xù)的,可以無限細(xì)分。比如水,無論多么微量的水都能分得出來。但當(dāng)分到水分子時,就無法再往下分了。你可以只分出一個水分子,但不可能分出半個水分子,1/3個水分子。因?yàn)樗肿佑蓺涠跻粯?gòu)成,分成半個,就不是水分子了。

    所以從廣義講,分子也可以看做是“量子”,意思就是最基礎(chǔ)的,離散的,不連續(xù)的,一份一份的那個單元,都可以叫做量子。也可以這樣說,這些單元是“量子化的”。

    甚至不是實(shí)物,比如能量、長度、時間,看似連續(xù)的,無限可分的,實(shí)際上也有分割盡頭,能量不能小于某一個值,長度、時間不能短于某一個值,再往下就分不下去了。這里的“某一個值”也是量子。分別叫做“普朗克能量子”“普朗克長度”“普朗克時間”。當(dāng)然也可以叫做“能量子”“長度量子”“時間量子”。

    下文要講到這位普朗克先生,“量子”概念就是他最先創(chuàng)立的,最開始就是從能量子這兒來的。下面還要講到,實(shí)際上“實(shí)物(粒子)”跟“場(波)”的界限并非截然分開,在微觀層面是模糊的,可以隨條件而相互轉(zhuǎn)化。

    為什么叫做“量子”?我想是意譯,取“量度”這個意思,翻譯得非常好。因?yàn)樗〉搅瞬豢稍俜指睿统闪俗罨镜牧慷葐挝?,物質(zhì)只能是它的整數(shù)倍,比如會有三個光子,五個光子,一個光子,但決不可能有半個光子、一個半光子。所以,量子可以這樣來簡單定義——就是可以用來量度的最小單位。

    后來,量子的定義有發(fā)展,起碼得能表現(xiàn)出“量子效應(yīng)”,也就是下文所說的“波粒二象性”,才能叫做量子。要想顯示出這種效應(yīng),量子起碼得很小才行。

    荀子曰:“大參乎天,精微而無形”,說得很有道理。如果物質(zhì)到了“精微”的地步,就開始呈現(xiàn)“無形”的狀態(tài)。而“波粒二象性”實(shí)際上就是無形的狀態(tài),你已經(jīng)說不清它是粒子還是波了。

    其實(shí)這個概念跟相對論很相似。愛因斯坦認(rèn)為,任何物體的運(yùn)動不管多慢,都會產(chǎn)生相對論效應(yīng)(比如長度縮短),只不過一般物體運(yùn)動的速度太慢,長度縮短太微小,根本測不出來,完全可以忽略不計。只有當(dāng)速度達(dá)到能跟光速比擬時,才能測出明顯的縮短,這才叫做有相對論效應(yīng)。

    量子也是這樣,只說不可再分的離散單元,似乎還不夠。按這個定義,每個人是不是都算一個不可再分的離散單元?切成兩半,就不是人了。的確從理論上說,所有物體都具有或多或少的量子效應(yīng),也都有自身的波長。但如果這樣定義量子,就太寬泛了。

    尤其分子正處在這種尷尬中,說它是量子吧?有點(diǎn)太大,幾乎測不出量子效應(yīng),說它不是量子吧?有時也能測出一些量子效應(yīng)。

    怎么辦呢?我想可以這樣,如果能測出來,就叫做量子,測不出來,就不叫量子。一般情況下,我們不把分子當(dāng)量子看,比如在分子動力學(xué)中不用考慮分子之間的量子效應(yīng)。但如果確有可測的量子效應(yīng),那就不能忽略。比如最近就有科學(xué)家宣稱,已證明生物大分子存在量子效應(yīng),關(guān)鍵在實(shí)驗(yàn)條件。只好不同情況分別對待吧。

    總之,所謂量子,既是物質(zhì)不可再分割的離散單元,又要小到能表現(xiàn)出量子效應(yīng),即波粒二象性。要注意后面這個波粒二象性更為本質(zhì)。照這個定義,下面頻繁講到的光子、電子都是不折不扣,一點(diǎn)不帶摻假的量子。

    由上可知,量子力學(xué)跟相對論有相似的地方,相對論管高速運(yùn)動中的事,只要速度快到能測出相對論效應(yīng),就歸它管。量子力學(xué)管微觀世界的事,只要小到能測出量子效應(yīng),就歸它管。

    所以,測量是區(qū)別牛頓世界(宏觀低速)、相對論世界(高速)、量子世界(微觀)三者的界限。

    但量子力學(xué)和相對論并非只能運(yùn)用在微觀和高速中,實(shí)際上各種情況都能用,而且這兩者之間也能相容。比如微觀粒子飛快運(yùn)動時,量子效應(yīng)和相對論效應(yīng)都會顯示出來。

    下面我分別從量子最初的定義(最小單元),和后來發(fā)展的更本質(zhì)的定義(量子效應(yīng):波粒二象性)敘述。

    二、量子的誕生。不是觀測出來的,而是從公式中湊出來的

    其它那些“子”,比如原子、質(zhì)子、中子、電子,雖然都有一些理論上的預(yù)言(比如古希臘人就預(yù)言過原子,后人的原子模型中又預(yù)言了核子、電子),但最終還是靠儀器觀測出來而得到證實(shí)的,唯獨(dú)量子不是,因?yàn)樗緛砭筒皇且环N具體的粒子,只是個概念。更加匪夷所思的是,它沒有事先的理論預(yù)言,而是用數(shù)學(xué)方法從公式中無意間湊出來的。

    物理學(xué)中有許多經(jīng)驗(yàn)公式,是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線湊出來的公式,并沒有實(shí)在的物理意義,不過在實(shí)踐中還是很有用的。黑體輻射就是這樣,有兩個經(jīng)驗(yàn)公式,都是描述溫度與頻率之間的關(guān)系,一個適用于高溫,一個適用于低溫。普朗克想,應(yīng)該存在一個能適用于所有溫度的公式。于是他把這兩個公式用插值法(內(nèi)插法)整合成一個公式。所謂插值法其實(shí)也還是湊,模擬出一條同時包括高低溫的完整曲線。在這過程中產(chǎn)生了一個東西,叫做能量子(諧振子),它必須取不連續(xù)的一個一個分立的值,這公式才能湊出來,才能適用于所有溫度,才能有實(shí)在的物理意義。  

  

    普朗克把這東西叫做“量子”,意思就是一份一份的,用來量度的最小的值。后來普朗克為此獲得諾獎,人們把普朗克論文發(fā)表的1900年12月14日叫做“量子日”,表示量子力學(xué)從此誕生。

    按經(jīng)典概念,任何物理量都是可以連續(xù)取值的,不管多么微小的增減都可以做到。但普朗克的能量子卻不連續(xù),當(dāng)時的人們無法想象,無法理解,就連普朗克自己也覺得很怪異,說:這不過是“一個純公式的假說,我其實(shí)并沒有為此思考很多。”等于就放棄了。

    但愛因斯坦受到普朗克能量子的啟發(fā),創(chuàng)造出光量子假說,成功解釋了光電效應(yīng),因此獲得1921年諾貝爾物理獎。

    三、只有表現(xiàn)出波粒二象性才能叫做量子

    微觀粒子小到了量子程度,就會呈現(xiàn)出奇怪的波粒二象性,也就是既像粒子又像波。比如一顆子彈,可以算一個宏觀粒子,打在靶子上,會出現(xiàn)一個洞,筆直地從洞里穿過去。而一列水波如果穿過一個小孔,就會在孔的后面形成一圈圈的波形花紋。這就是粒子與波的不同。

    但一粒光子,如果穿過一個比較大的洞,就會像子彈一樣,筆直穿過去,這時它就像粒子。如果洞很小,就可能產(chǎn)生花紋,這時就像波。所以光子究竟是像粒子還是像波,取決于洞口的大小。等于說過小洞口時把腿絆住了,走不直了。

    也可以換種說法,取決于光子本身能量的大小,同樣的洞,如果光子能量大,勁頭足,步頻快,步幅小,就能筆直穿過去,如果光子能量小,步幅就大,洞口就顯得小,穿過去時絆絆索索,就跟喝多了似的,左腿絆右腿,走不成直線,擰麻花,就出現(xiàn)花紋了。

    波爾認(rèn)為,一個粒子有時呈現(xiàn)波性,有時呈現(xiàn)粒子性,但不可能同時呈現(xiàn),這就叫做互補(bǔ)性原理。比如有一幅著名的錯覺圖,有時看著像美少女,有時又能看成老巫婆,但不可能同時看到。

  

  

    波爾的互補(bǔ)原理認(rèn)為:微粒和波的概念是互相補(bǔ)充的,同時又是互相矛盾的,它們是運(yùn)動過程中的互補(bǔ)圖像。

    不過愛因斯坦并不同意這個說法,他認(rèn)為粒子性與波動性應(yīng)該有個辦法把它們統(tǒng)一起來。

    其實(shí),實(shí)物(分子、原子、電子、光子等)和場(能量輻射,比如電場、磁場、引力場等等),到了微觀層面,界限就很模糊了,比如電子,同時也是電磁場,頻率高些就像實(shí)物,頻率低些就更像場。

    所以,無論粒子性還是波性,只不過是因條件不同而呈現(xiàn)的不同側(cè)面而已,都不是微觀粒子的本質(zhì),它的本質(zhì)我認(rèn)為就是個能量包。我以前發(fā)過一篇博文《趣談“波粒二象性”》,講得更詳細(xì),有興趣者可以再參閱那篇,這里就不展開了。

    四、不確定原理

    微觀世界還有種奇怪現(xiàn)象,就是不確定,測不準(zhǔn)。

    我們一般認(rèn)為物理科學(xué)是最客觀最冷靜最準(zhǔn)確的學(xué)問,能夠不帶一點(diǎn)主觀偏見地觀測整個宇宙。比如一顆子彈,我們能夠同時測出它在每個瞬間的速度、位置,而不會對子彈發(fā)生任何影響。是呀,我們只是看它一眼,能產(chǎn)生什么影響呢?  

    但到了量子級別就不一樣了,“看一眼”就不得了,對粒子來說就承受不住。

    什么叫“觀測”?就是“觀看”和“測量”?!坝^看”就是光子打在物體上,然后反射到我們的眼中?!皽y量”就是對回來的光子進(jìn)行記錄。

    我們只用最少的光,比如只用一粒光子,打在飛馳的電子上,就足以對電子產(chǎn)生影響,因?yàn)殡娮右卜浅P?,打過去,反射回來,我們得知它的位置了,但它的速度就被光子打得變化了,不再是你沒測之前的那個速度。

    或者說,位置和速度,只能二選一,不可能同時測到。這就叫做海森堡的“不確定原理”(我們上學(xué)時叫做“測不準(zhǔn)原理”)。并非由于儀器設(shè)備精度不夠或測量技術(shù)不足,而是從觀測的本質(zhì)上就無法達(dá)到,只要有觀測就有干擾。

    由此我們可以知道,在量子世界中,我們?nèi)祟惖恼J(rèn)知是有局限的,不可能做到百分之百地客觀冷靜。

    順便說一句,即使在宏觀宇宙世界中,我們?nèi)祟惖恼J(rèn)知也同樣是有局限的,也不可能做到百分之百。

    五、神奇的雙縫實(shí)驗(yàn)

    當(dāng)年為了探明微觀粒子比如電子,究竟是波還是粒子,在物理實(shí)驗(yàn)中有一種雙縫實(shí)驗(yàn)。讓電子束照射雙縫,看看結(jié)果如何。這個實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了一種非常奇怪的現(xiàn)象,甚至有人能推導(dǎo)出鬼魂。

    如果是粒子,就應(yīng)該像子彈一樣,每個電子只能走一個縫,從左右兩縫各過去一半數(shù)量的電子,在后面屏幕打出兩條亮線。相當(dāng)于機(jī)槍掃射過雙縫后在靶上打出兩組彈痕。

    如果是波,就會在屏幕上造成干涉條紋(是不是看不懂?????)

    其實(shí)很簡單,如果水中扔一個石子,就會激起一圈一圈的同心圓。如果扔兩個石子,兩組同心圓之間就會互相干涉,形成特殊的干涉花紋。

  

  

    電子如果是波,就能像水波似的從兩個縫同時穿過去,縫后面激起兩列波,相互干涉,在后面的屏幕上形成明暗相間的干涉條紋。

  

  

  

  

    結(jié)果一試,屏幕上顯示出的不是兩條亮線,而是干涉花紋,證明電子的確是波,是從兩個縫同時穿的。

    但有人想,也許電子仍然算是粒子而不是波,只不過電子太多,從兩個縫穿過去后互相碰撞,打架,走不了直線,互相干擾,也可能形成干涉花紋,并不能完全證明電子一定是波。

    好吧,那就一個一個電子往出發(fā)射,每個間隔幾毫秒,這一下該相互打不了架吧?誰知一個個電子打過去,積累起來,仍然顯示出干涉花紋,這下沒說的了吧?一定是波!

    為了探個究竟,干脆在縫的后面放一個觀測儀器,到底看看每個電子是怎么穿的。這一看不得了,居然能看出電子不是兩個縫同時穿,而是只走一個縫,就跟子彈一樣。而且一半電子走左縫,另一半走右縫。更不可思議的是,屏幕上的干涉花紋也沒了。這下又證明電子不是波,而是粒子。

    更詭異的是,如果你把觀測儀器拿走,屏幕上又重新出現(xiàn)了干涉花紋。再放上觀測儀器,花紋就沒了!

    也就是說,電子究竟是粒子還是波,似乎跟你看不看有關(guān)!你不看,它就是波,一看,就成了粒子。于是有人說,沒有什么客觀世界,全隨人的主觀意識而變。就像鬼魂似的,你不看他,他就不存在。你一看,他就出來了。

    不過在后面,我要對這個說法進(jìn)行駁斥。

    六、疊加態(tài)及其坍縮

    當(dāng)年創(chuàng)立量子力學(xué)的學(xué)者很多,其中最主要的一派叫做哥本哈根學(xué)派,也叫正統(tǒng)派,以波爾為首,他們對這種奇怪現(xiàn)象的解釋很獨(dú)特。

    他們認(rèn)為,你仍然可以把電子看成粒子,只不過跟一般宏觀粒子不一樣。在你不觀測的時候,它可以同時擁有兩個狀態(tài),既走左邊,又走右邊,這叫做“態(tài)疊加”。即使只有一個電子通過雙縫,它也可以自己干涉自己。

    但如果你一觀測它,狀態(tài)就明確了,或者走左邊,或者走右邊,只剩了一個狀態(tài)。這叫做“疊加態(tài)的坍縮”。

    “疊加態(tài)”不光指量子的位置、方向,還有許多花樣。比如光子的兩個正交的偏振方向(光子是波,有多個振動方向,互相之間可以正交),磁場中電子的自旋方向(電子是自旋轉(zhuǎn)動的,也有順時針和逆時針不同的方向),或核自旋的兩個方向(同上),原子中量子所處的兩個不同能級(后面會講到),等等。

    這種說法非常怪異而玄虛,很難理解。

    不就是不清楚它在哪兒嗎?非得說成什么“既在這兒又在那兒”的所謂“態(tài)疊加”;不就是通過觀測確定了嗎?非得說成所謂“態(tài)疊加的坍縮”,何苦呢?

    這種說法似乎在玩文字游戲,楞把好懂的人話整成聽不懂的鬼話,成心不讓咱老百姓明白。

    不但我們不好理解,連愛因斯坦也反對。

    七、上帝不會擲骰(tou,俗讀shai)子

    也許很多人都聽說過愛因斯坦的這句話,但多數(shù)人沒聽懂。有人以為,這句話說明愛因斯坦信迷信,信上帝,其實(shí)非也,西方人張口離不開上帝,到了今天,其實(shí)意思就是“大自然”“宇宙規(guī)律”。

    那么這句話從哪兒來的呢?就是愛因斯坦針對上面正統(tǒng)派的什么“態(tài)疊加”說的,他對這個說法很不滿意。


    愛因斯坦認(rèn)為,世界萬物在本質(zhì)上都是服從因果律的,只要知道了全部的因,就應(yīng)該能精確計算出其后的果。上帝,也就是大自然本身,一定有著精確的規(guī)律,每個電子怎么走,落在哪兒,即使人類算不出來,但上帝是能算出來的,他老人家可以預(yù)測。做為一套理論體系,本身必須具有完備性和確定性。

    比如,對于一顆子彈來說,打在哪兒看起來是隨機(jī)的,但只要我們掌握了全部影響因素,包括每時每刻每一點(diǎn)的風(fēng)速,彈藥的裝填狀態(tài),槍管來復(fù)線的全部形狀和磨損,彈頭的形狀和擦痕,狙擊手的呼吸、心跳、眼力,就能準(zhǔn)確算出它的彈道軌跡和彈著點(diǎn)。據(jù)說有一位姓田的神槍手(我就不說名子了),能把十發(fā)子彈射進(jìn)靶上的同一個眼兒中。也就是說,宏觀粒子的所有運(yùn)動細(xì)節(jié)都是可控的,可預(yù)測的,可以算出來的。

    而按照正統(tǒng)派的說法,量子是態(tài)疊加的,也許在這兒,也許在那兒,我們不可能探知量子的軌跡,只能知道它在某處的幾率。這有點(diǎn)兒像擲骰子,人們無法預(yù)知一個錢幣投下去是正面還是反面,只能知道正面和反面的幾率各50%。

    所以愛因斯坦說:“上帝不會擲骰子”,雖然你正統(tǒng)派只會擲骰子,算幾率,是不完備的。但上帝他老人家心中是有數(shù)的,完備的,他不會擲骰子。背后一定有更高深更精準(zhǔn)的規(guī)律。

    八、薛定諤的貓

    當(dāng)時愛因斯坦孤軍奮戰(zhàn),與眾多正統(tǒng)派學(xué)者對壘。這時對量子力學(xué)有精深研究的薛定諤出山了,決定幫愛大師一把。

    他用貓打了個比方:有一只貓關(guān)在箱子里,里面有個放射源,在隨機(jī)放射粒子,有一半的機(jī)會粒子可能觸發(fā)一個機(jī)關(guān),就會釋放出毒氣,貓就死了。還有一半機(jī)會沒觸發(fā),貓就活著。

    但我們從外面看不到箱子里面,不知道它是死是活,這時就說它有兩個狀態(tài),或者活,或者死,而這兩個狀態(tài)都有可能存在,也就是“既死又活”,這就叫做“態(tài)疊加”,倆狀態(tài)摞一起了。

  

  

    只要我們一打開箱子,就知道貓是死是活了,這時就明確了,只剩了一個狀態(tài)。這就叫做“疊加態(tài)的坍縮”,原來那個“疊加態(tài)”沒了,坍塌了。

    老薛用這只貓諷刺正統(tǒng)派,照你們的意思,一只貓既死又活,像話嗎?哪有這種事兒?一個人既在巴黎,又在紐約,難道有分身術(shù)?

    正統(tǒng)派的回答是:貓是宏觀物體,當(dāng)然不可能態(tài)疊加。而粒子是微觀物體,不能拿宏觀觀念往微觀上套。雖然貓不能既死又活,但粒子可以既在這兒又在那兒。老薛,你得換觀念,洗腦。

    薛定諤繼續(xù)往下研究,整出來一個“波函數(shù)方程”。他的本意是想用這個方程算出每個量子的確定位置等等,但最終未能成功。但正統(tǒng)派卻給出了所謂“哥本哈根解釋”,即方程算出的結(jié)果實(shí)際上是量子位置的幾率。所以這個方程實(shí)際上是把以前的粒子方程和波動方程統(tǒng)一了起來。這是個非常了不起的成就。

    就拿前面的實(shí)驗(yàn)來說,雖然每個電子打在屏幕上只是一個點(diǎn),但大量電子打在屏幕上就呈現(xiàn)出波的圖形,說明其實(shí)每一個電子都帶有波的因素,雖然不能預(yù)測它會打在哪兒,但它一定按照波圖形的幾率往屏幕上打,在波形的亮條位置上打的機(jī)會肯定比較多。

    高中物理課本說:“單個粒子表現(xiàn)不出來波性,只有大量粒子才能表現(xiàn)出波性來?!辈灰斫鉃閱蝹€粒子沒有波性,它只是表現(xiàn)不出來而已。如果它真的沒有波性,就應(yīng)該打在靶子與發(fā)射源、窄縫三點(diǎn)一線的位置,而不是散射偏斜開來。它之所以打偏,而且多數(shù)打在波圖形的亮條紋處,那正是單個粒子也有波性的體現(xiàn)。

    這種波很特殊,跟水波、聲波都不一樣,它按幾率分布,所以也叫做“幾率波”。

    九、正統(tǒng)派的決定性勝利

    為什么愛因斯坦、薛定諤都干不過正統(tǒng)派?關(guān)鍵在于正統(tǒng)派的理論能成功解釋實(shí)驗(yàn)和觀測結(jié)果。

    一個理論剛提出時,往往只是猜想。沒人搭理。但無論這個猜想聽起來多么奇葩,多么荒誕,只要被觀測或?qū)嶒?yàn)證明,人們都不得不承認(rèn)他說得有道理。

    愛因斯坦相對論就是這樣,一開始不過是為了解釋“光速永遠(yuǎn)不變”這種奇怪現(xiàn)象,提出非常“荒誕”的相對論解釋,說時鐘居然會在飛船中變慢!沒人相信這種怪異說法。

    但后來他根據(jù)相對論預(yù)測光線在引力作用下會變彎,偏折,預(yù)言某日某時某個方位,當(dāng)日全食時,能看到太陽后面本來看不到的某個恒星!結(jié)果在觀測中果然看到了,愛因斯坦從此震驚世界,大家全都服了。

    量子力學(xué)的正統(tǒng)派也是這樣。按照量子論誕生之前盧瑟福的行星模型論,電子圍繞原子核轉(zhuǎn)動,就像行星繞太陽轉(zhuǎn)動一樣。但它有兩個問題無法解決。一是按照經(jīng)典電磁學(xué),電子轉(zhuǎn)動不斷加速,必然發(fā)射電磁波,能量耗光就會墜入原子核,但實(shí)際并非如此。二是按照經(jīng)典理論,原子的發(fā)射光譜應(yīng)該是連續(xù)的,但實(shí)際觀測卻發(fā)現(xiàn)是分離的,斷續(xù)的,一根一根的譜線。

    波爾提出了新模型,認(rèn)為原子的發(fā)射光譜就應(yīng)該是分離的,因?yàn)樵影l(fā)光并不來自不斷轉(zhuǎn)動加速時發(fā)射的電磁波,而是來自“能級躍遷”。

    他認(rèn)為傳統(tǒng)概念中所謂的“電子軌道”實(shí)際上是量子化的,不連續(xù)的,離散的能級。能級就好比臺階一樣,人只能站在某層臺階上,不可能懸吊在兩層臺階之間。

    電子如果吸收了能量,就能從低能級躍遷到高能級,而高能級不穩(wěn)定,電子隨時可能跳下來,同時把吸收的能量輻射出去,變成光,于是形成光譜線。兩層之間高低是固定的,所以輻射出的光子能量也是固定的,這就形成一根固定的光譜線。

    而能級不止兩層,有若干層,從不同的高能級落回不同的低能級,就能輻射出不同能量的光子,在光譜表中就形成了一根根譜線。

    打個比方,好比人吃了肉喝了酒,有了能量,就能從下層跳到上層臺階。而高處不勝寒,又可能從高處跳下來,砰的一聲,釋放出聲能,把剛才吃進(jìn)去的能量又釋放了出來。從不同高度跳下來,聲音頻率不一樣。高差越大,聲音頻率就越高,高差小,頻率就低。只要聽聲音,我們就能知道他從哪層落到了哪層。

    波爾用他的模型很好地解釋了光譜線為什么是不連續(xù)的“量子化”狀態(tài)。而且理論計算結(jié)果與簡單小原子比如氫原子的能級光譜對應(yīng)得十分好。這就等于量子力學(xué)在觀測實(shí)驗(yàn)中被證實(shí)了,取得了第一步?jīng)Q定性勝利。

    但對于比較大的原子,波爾模型又不夠了,數(shù)據(jù)不太符合。他的學(xué)生海森堡又提出了“電子云”概念,還記得文章開頭的海森堡不確定原理吧?意思就是微觀粒子的位置或速度是不確定的,模糊的。所以原子中的電子能級也不是清晰確定的。他認(rèn)為電子分布在一個模糊區(qū)域中,我們只能算出電子在區(qū)域中每個點(diǎn)的幾率,無法確知在哪個位置。就像一團(tuán)云霧似的,“只在此山中,云深不知處”。

    這種理論實(shí)際上建立在上面所說的海森堡測不準(zhǔn)原理上。既然無法測得準(zhǔn)電子的位置或速度,當(dāng)然也不可能知道電子究竟在哪兒,只能知道它在某處的幾率是多少。

    正統(tǒng)派對薛定諤函數(shù)的解釋,就是一種幾率波解釋。用函數(shù)計算原子中的電子軌道,得到的圖象正是電子云。當(dāng)然,這只是理論計算出的圖象,一直未能拍到照片。

  

  

  據(jù)2001年的報道,在美國普渡大學(xué)相干與量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)室,我旅美科學(xué)家汪正民博士在激光與原子體系相互作用領(lǐng)域發(fā)展了一項(xiàng)新的實(shí)驗(yàn)技術(shù),在國際上首次獲得原子體系連續(xù)態(tài)不同電子云影像,這是第一幅真正的拍攝到的而不是計算出來的電子云照片,直接驗(yàn)證了量子力學(xué)的理論。

    至此,正統(tǒng)派量子力學(xué)獲得了決定性勝利,除了上面說的這幾個實(shí)驗(yàn),還有更多實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了正統(tǒng)派的說法。雖然他們的解釋很奇葩,但我們不得不承認(rèn)它。

    順便說一下,現(xiàn)在一般表示原子的圖案,幾條橢圓形軌道繞著一個核在轉(zhuǎn)動,實(shí)際上是不符合量子力學(xué)的,并不是那樣幾條明確的軌道,甚至也不是想象中的一團(tuán)電子云,實(shí)際上根本無法用圖形表示出來,任何圖形都無法表達(dá)既是粒子又是波的特性。

    十、人類不可能窮盡宇宙本原

    在愛因斯坦與正統(tǒng)派爭論中,雖然正統(tǒng)派勝利了,但愛因斯坦的說法也有他的道理,大自然也許有更深刻更本質(zhì)的規(guī)律。但人類的認(rèn)知有局限,測量手段,測不準(zhǔn)原理限制了我們,所謂態(tài)疊加、幾率波也是沒辦法的辦法。

    有時人類面對太過復(fù)雜的因素,數(shù)量太大的粒子,真的很難得到每一個粒子的確切結(jié)果。比如一壺水在火上燒著,每個水分子都在受熱,做隨機(jī)的熱振動、熱對流,我們不可能把每個水分子與其它水分子之間的力學(xué)關(guān)系全部算出來,不可能確知每個水分子下一秒往哪邊跑,速度多大,這里面偶然因素太多,只能采用幾率的辦法對總趨勢做個大致描述,雖然有點(diǎn)漲落,也能做到八九不離十,這就叫做統(tǒng)計物理。

    比如天上的云圖,范圍太大,分子太多,影響因素太復(fù)雜,即使用世界最大的計算機(jī)都無法算出云層的全部運(yùn)動狀態(tài),只好對未來若干小時內(nèi)的總體天氣趨勢做個大致的幾率估算。為什么天氣預(yù)報好多都不準(zhǔn)?就這個原因。

  

    當(dāng)然,之所以采取統(tǒng)計方法,不一一追究每個粒子的運(yùn)動,一是因?yàn)閷?shí)在算不過來,二是有時候只要知道一個大致方向和趨勢就夠了,沒必要追究得那么詳盡。但我們?nèi)匀灰宄?,統(tǒng)計方法雖然多數(shù)情況下大致符合實(shí)際,但正因?yàn)椴辉敱M,所以不可能完全符合實(shí)際,有時甚至還會差得很遠(yuǎn)。

    再比如上面所說那位姓田的射手,雖然他能把十發(fā)子彈打進(jìn)一個洞里,但每顆子彈多少還是會有些偏差,而且很難保證次次都這樣。影響因素太多太復(fù)雜了。這就是人類的局限,不可能全知全能,只能算個大概齊,也就是所謂幾率算法。

    正統(tǒng)派為什么獲勝?一方面因?yàn)椴扇×藥茁什ㄋ惴?,可以從?shù)學(xué)上把量子力學(xué)描述得漂亮完整,邏輯上能自洽。另一方面又能比較好地解釋原子光譜,計算結(jié)果與觀測符合,而且最近還真的拍到了電子云的照片,我們只好承認(rèn)它。

    愛因斯坦雖然說得也有道理,但你拿不出數(shù)學(xué)公式,解決不了實(shí)際問題,得不到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,有什么用?天橋的把式,光說不練,是不能服人的。

    當(dāng)然,這事兒并沒完,又有一個支持愛因斯坦的大咖出現(xiàn)了,那就是約翰·斯圖爾特·貝爾,他一直想辦法做實(shí)驗(yàn)來證明粒子并非態(tài)疊加“既在這兒又在那兒”,而是有確定的位置。據(jù)說取得了進(jìn)展。這就是:貝爾不等式,說這后面還有一個看不見的隱變量在起作用。又有人說,貝爾不等式的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明了愛因斯坦是錯的,就不細(xì)說了。

    雖然正統(tǒng)派能很好地解釋許多現(xiàn)象,但仍然只是一種解釋,一種說法而已,并非代表宇宙本原的真相。就像宇宙大爆炸,相對論等等,都是對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的眾多解釋中的一種,只不過因?yàn)樗忉尩酶暾?,更符合?shí)驗(yàn)結(jié)果,大家就認(rèn)他。

    宇宙本原的真相,是人類永遠(yuǎn)無法徹底認(rèn)識的。因?yàn)槭艿接^測工具的局限,人類現(xiàn)在只能認(rèn)識到這么多。當(dāng)然,科學(xué)還會繼續(xù)進(jìn)步,認(rèn)識還會更深,但永遠(yuǎn)都有局限。宇宙本真那塊兒,是屬于“上帝”的禁區(qū),實(shí)證科學(xué)不可能取代“上帝”。

    如果有人非要解釋不可,沒有實(shí)驗(yàn)條件也要上。那就只有哲學(xué)家,宗教家能干這活兒,他們?nèi)珣{猜想,推理,整出一套烏托邦幻影,把宇宙本真那塊解釋成神靈或人格化的上帝。但在物理學(xué)家看來,沒什么意義。無法用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證它,既不能證明也不能證偽。只是空口說白話而已。

    十一、沒什么鬼魂,主觀意識影響不了電子

    在雙縫實(shí)驗(yàn)中,人的觀測對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響極大,以致有人認(rèn)為主觀意識能影響客觀世界,認(rèn)為鬼魂是存在的。

    但許多學(xué)者不同意這個說法。他們的解釋是,電子并非子彈那樣的實(shí)體小球,而是一個“波包”(比如抖動一下拉直的繩子,就會看到有一個隆起的形狀在移動,這個隆起就叫做“波包”),只是因?yàn)槌叽绾苄。砸部梢钥闯闪W?。在沒人觀測的時候,電子其實(shí)就是波,既然是波,當(dāng)然能同時從兩個縫穿過去,能相互干涉,能形成干涉圖形。但只要有人觀測,就得有光照,有相互作用,對電子來說就是干擾。就像前面說的,哪怕只要一個光子打上去,電子的狀態(tài)也會改變的,變得更像粒子。

  

    也有學(xué)者說,在沒觀測的時候電子是柱形波,一觀測,光子一干擾,就變成球形波了,而柱形波跟球形波無法形成干涉條紋。

    也就是說,這里面并不存在什么鬼魂,并非人的主觀意識對電子產(chǎn)生了影響,只不過光照對電子產(chǎn)生了干擾而已。  

    被稱作“愛因斯坦之后最睿智的理論物理學(xué)家”費(fèi)曼認(rèn)為,即使不觀測,不去看,只要開燈,電子同樣會變,變得更像粒子。這進(jìn)一步證明了跟人看不看沒關(guān)系,跟主觀意識更沒關(guān)系,只跟客觀變化(比如開燈)有關(guān)。

    有人說,人腦思維時發(fā)出的腦電波或曰靈魂影響了電子,實(shí)際上不是那么回事。

  

    換句話說,世上本無鬼,庸人自擾之。

    十二、正統(tǒng)派能把量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)統(tǒng)一起來

    正統(tǒng)派的古怪說法之所以能站得住腳,除了上面所說的被實(shí)驗(yàn)和觀測證明之外,還在于它能把量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)統(tǒng)一起來。

    這一點(diǎn)很重要,十九世紀(jì)之前,牛頓力學(xué)就做到了這一點(diǎn)。它能把行星運(yùn)動和地球上各種物體的運(yùn)動,用萬有引力定律統(tǒng)一起來。把當(dāng)時所有已知物體的運(yùn)動用牛頓三定律統(tǒng)一起來,建立了一套完整嚴(yán)密的體系,在當(dāng)時可以說放之四海而皆準(zhǔn),所以才能站得住腳。

    但在二十世紀(jì)初,物理學(xué)界出現(xiàn)了“兩朵烏云”,打破了牛頓力學(xué)的平靜和一統(tǒng)天下。

    第一朵烏云是通過測量光速來證明“以太”的邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)以往的“以太”假說不成立,而光速永遠(yuǎn)不變。這時愛因斯坦站了出來。他只用一個相對論公式就能把牛頓力學(xué)與相對論統(tǒng)一起來,你只須把速度值代進(jìn)去,當(dāng)速度很高可與光速比擬時,算出的物體長度明顯縮短,呈現(xiàn)相對論效應(yīng)。當(dāng)一般速度時,長度縮短忽略為零,就回歸牛頓經(jīng)典力學(xué)了。

    第二朵烏云是我們在第二節(jié)所說的黑體輻射實(shí)驗(yàn)中的“紫外光災(zāi)難”,牛頓力學(xué)也不好用了,量子論學(xué)者又站了出來,把量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)統(tǒng)一起來。

    正統(tǒng)派波爾認(rèn)為,粒子保持量子狀態(tài)的特性和穩(wěn)定性有一定限度。只有當(dāng)外來干擾很弱時,粒子才顯現(xiàn)量子特征.如果在強(qiáng)烈干擾下,量子效應(yīng)的特性將完全消失,粒子也就回歸經(jīng)典性質(zhì)了。這樣,他就找到了經(jīng)典與量子之間的轉(zhuǎn)換條件,就是干擾。

    為什么在雙縫實(shí)驗(yàn)中,稍一觀察,稍有光線一照射,波動性立刻就消失了呢?就是因?yàn)橛懈蓴_。

    為什么傳說中的量子計算機(jī)必須要在超低溫環(huán)境下運(yùn)行?就是為了降低分子熱運(yùn)動,減少干擾,好呈現(xiàn)量子效應(yīng)。

    總之,只有當(dāng)新理論能把舊理論和新發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)全部統(tǒng)一起來,不但能解釋新實(shí)驗(yàn),也能包含舊理論,這個新理論才算成功。

    愛因斯坦為什么當(dāng)年一心要把宇宙中的四種基本力,用一個公式全部統(tǒng)一起來?就是這個道理。雖然到現(xiàn)在已經(jīng)有了很大進(jìn)展,但至今尚未完全實(shí)現(xiàn)。

    所謂量子力學(xué)能把經(jīng)典物理統(tǒng)一起來,意思是說,量子力學(xué)能夠把經(jīng)典力學(xué)包括進(jìn)去,而不是反過來。就像我們在第一節(jié)所說的那樣,宏觀物體其實(shí)也符合量子力學(xué),只不過因?yàn)槌叨忍?,量子效?yīng)顯示不出來而已。這就好比低速運(yùn)動的物體其實(shí)也符合相對論,只不過因?yàn)樗俣忍鄬φ撔?yīng)顯示不出來而已。

    到現(xiàn)在量子力學(xué)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在物理、化學(xué)、生物、天文、計算機(jī)等各個領(lǐng)域,顯示出它的強(qiáng)大和扎實(shí)。對此我們不得不承認(rèn)現(xiàn)實(shí),變換思維,難理解也要去努力理解。

    十三、量子計算機(jī)之疑

    現(xiàn)在所謂量子計算機(jī)也炒得很紅,有些新聞?wù)f已經(jīng)制造出來了,又有些文章對此抨擊懷疑。

    量子計算機(jī)的主要原理,就是利用量子疊加態(tài),一個量子可以同時擁有兩個狀態(tài),所以能成雙翻倍。如果有N個量子,就能擁有2的N次方那么多的存儲計算單元(量子比特)。因此具有指數(shù)加速功能,并行計算功能,比一般計算機(jī)速度不知快多少倍。

    但這一點(diǎn)在邏輯上似乎很難理解,所謂“疊加態(tài)”只是指在測量前,我們不知道它處在哪個態(tài),也許這個,也許那個。但只要一觀測,疊加態(tài)就沒了。

    但做為計算機(jī)不光是說說,而是要實(shí)際運(yùn)算的。要運(yùn)算就得對量子進(jìn)行讀取,也就是測量,一測量,疊加態(tài)就坍縮了,只剩了一個態(tài)。如此一來,所謂的指數(shù)加速又從何而來?質(zhì)疑者抨擊就在這個地方。

    但科普解釋與質(zhì)疑者的猜想完全不一樣。原來它在運(yùn)算之前并不測量,運(yùn)算之后才測量,只有如此才能充分利用疊加態(tài)達(dá)到所說的成雙翻倍。下面舉例解釋:

  

  

    現(xiàn)在電子計算機(jī)的原理是這樣的,你從存儲單元調(diào)入兩個“比特”進(jìn)入計算單元,比如調(diào)一個0和一個1,然后相加,計算后得出的結(jié)果只能是1。

    但使用量子計算機(jī)你從存儲單元調(diào)入兩個“量子比特”進(jìn)入計算單元,完成計算,這個過程就相當(dāng)于在電子計算機(jī)里完成了以下四個過程,

    調(diào)入0和1,相加;

    調(diào)入1和0,相加;

    調(diào)入0和0,相加;

    調(diào)入1和1,相加。

    然后通過“測量”可以在1/4的概率下得出一個確認(rèn)性的結(jié)果。

    以上分析,你會發(fā)現(xiàn),量子計算機(jī)的一次運(yùn)算加上“測量”相當(dāng)于電子計算機(jī)的4次運(yùn)算。這就是量子計算機(jī)的并行計算能力。而電子計算機(jī)只能串行計算。

    如果有一臺量子計算機(jī)能夠處理4個“量子比特”,那就相當(dāng)于現(xiàn)在電子計算計算能力的2的4次方倍,如果是能處理8個“量子比特”,就相當(dāng)于2的8次方倍……

    這個解釋的確出乎我們意外,但似乎也能自成一說。不過它所說的“相加”,也就是運(yùn)算,不知算不算對量子的操作?如果算操作,不是也照樣會破壞量子的疊加態(tài)嗎?我還沒看到合理的解釋。

    另外,這種并行計算能力還要配合“測量”,“測量”是一個線性的工作量,所以量子計算機(jī)的計算能力的優(yōu)勢的具體應(yīng)用場景并不一定能在各個領(lǐng)域體現(xiàn)出來,關(guān)鍵是要看這種處理量子比特的算法的設(shè)計。

    還有,為了保持超低溫,對環(huán)境要求很高。只要高于絕對零度,就有可能出現(xiàn)干擾,破壞量子態(tài)。所以目前是否真的實(shí)用也還不好說。

    當(dāng)然,量子計算機(jī)除了運(yùn)行速度快,能并行運(yùn)行之外,還有許多可以預(yù)期的好處。

    量子存儲器主要靠量子晶體管,它通過電子高速運(yùn)動來突破物理的能量界限,從而實(shí)現(xiàn)晶體管的開關(guān)作用,這種晶體管控制開關(guān)的速度很快,晶體管比起普通的芯片運(yùn)算能力強(qiáng)很多。

    目前的計算機(jī)通常會受到病毒的攻擊,導(dǎo)致電腦癱瘓,個人信息被竊取,但是量子計算機(jī)由于具有不可克隆的量子原理,所以這些問題不會存在。為什么不可克???就因?yàn)榀B加態(tài)不能測量,一測量就坍縮。下面量子通信一節(jié)也要講到。當(dāng)然,也有人在質(zhì)疑,如果不能復(fù)制,里面的信息如何拿出來?

    總之,好處和可質(zhì)疑處都很多。再等等看吧,過幾年,看看量子計算機(jī)是不是真有格外不同的非凡功能?是不是真比傳統(tǒng)計算機(jī)快多少倍?到時候看看再說吧。

    十四、量子糾纏

    這一點(diǎn)是現(xiàn)在炒得最熱鬧的,也是最難理解的。

    1935年愛因斯坦聯(lián)合了另外兩位物理學(xué)家在美國第47期《物理評論》上發(fā)表了一篇名為《能認(rèn)為量子力學(xué)對物理實(shí)在的描述是完備的嗎?》,這篇論文中提出了一個著名的思維實(shí)驗(yàn),以三位作者名字首字母命名-EPR實(shí)驗(yàn)。大體上就是量子糾纏的雛形,愛因斯坦把量子糾纏稱為“鬼魅般的超距作用”,他認(rèn)為這是不可能存在的。

    按照定義,量子糾纏是關(guān)于量子力學(xué)理論最著名的預(yù)測。它描述了兩個粒子互相糾纏,即使相距遙遠(yuǎn)距離,一個粒子的行為將會影響另一個的狀態(tài)。當(dāng)其中一顆被操作(例如量子測量)而狀態(tài)發(fā)生變化,另一顆也會即刻發(fā)生相應(yīng)的狀態(tài)變化。

  

    有人舉了這樣一個例子,比如一雙手套,一左一右,現(xiàn)在把其中的一只留在北京,另一只拿到上海,但并沒有打開看,只是瞎摸了一只,不知哪只在北京,哪只在上海(這也就是所謂“疊加態(tài)”,留在北京的那只可能是右也可能是左,上海那只當(dāng)然也是疊加態(tài))?,F(xiàn)在我們把北京這只打開一看(這就是被操作,量子測量),發(fā)現(xiàn)是右手(這就是疊加態(tài)坍縮了,也就是所謂“狀態(tài)發(fā)生變化”,原來不知道,現(xiàn)在知道了),立刻知道上海的那只一定是左手。

    當(dāng)然,量子糾纏的觀測只能是一次性買賣,一確定就坍縮,一坍縮糾纏也就結(jié)束了。就像那副神秘手套似的,從神秘到確定只能一次。

    這就是所謂瞬間遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù),能超光速多少多少倍云云。實(shí)際上并沒有真的傳輸,當(dāng)然用不著花時間。只不過測量了這邊,立刻就知道那邊罷了。

    量子糾纏往往被用來證明鬼魂的存在,因?yàn)樗徽f成能夠超遠(yuǎn)距離瞬間傳遞信息,這就是所謂“心靈感應(yīng)”。但從上面我們知道,實(shí)際上并沒有真的傳輸信息,也就不存在什么心靈感應(yīng)。

    現(xiàn)在網(wǎng)上廣泛流傳著這樣一段話:

    “我們原來認(rèn)為世界是物質(zhì)的,沒有神,沒有特異功能,意識是和物質(zhì)相對立的另一種存在。現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn),我們認(rèn)知的物質(zhì),僅僅是這個宇宙的5%。沒有任何聯(lián)系的二個量子,可以如神一般的發(fā)生糾纏。把意識放到分子,量子態(tài)去分析,意識其實(shí)也是一種物質(zhì)。

    “既然宇宙中還有95%的我們不知道的物質(zhì),那靈魂、鬼都可以存在。既然量子能糾纏,那第六感、特異功能也可以存在。同時,誰能保證在這些未知的物質(zhì)中,有一些物質(zhì)或生靈,它能通過量子糾纏完全徹底地影響我們的各個狀態(tài)?于是,神也可以存在?!?/p>

    由上面分析可知,實(shí)際上這些都不成立。人們之所以會產(chǎn)生那么多妄傳,我覺得跟正統(tǒng)派的古怪解釋方法有關(guān)。如果能夠按照愛因斯坦的確定論來解釋就好得多,只不過因?yàn)槿藗兊挠^察工具和手段所限,愛因斯坦那套進(jìn)行不下去,只能采用正統(tǒng)派模糊不定的態(tài)疊加解釋,這就給妄傳留下了可以下嘴的空隙。

    十五、量子通信

    從上節(jié)我們知道,糾纏中的兩個量子之間實(shí)際上并沒有相互傳遞信息,那為什么量子糾纏又能實(shí)現(xiàn)通信呢?就跟我們上面講量子計算機(jī)那樣,設(shè)計者的思路與質(zhì)疑者的猜想完全不一樣,并非直接在兩個糾纏量子之間互傳信息,而是另有一套很巧妙的設(shè)計。

    它的大致思路是這樣:首先在衛(wèi)星上制造一對糾纏的量子(比如光子),分別發(fā)送給兩個地面站,但都是處在態(tài)疊加狀態(tài),不知道誰是0誰是1,就這樣一對接一對地發(fā)送。

    敵方也許能截獲量子信號,但只要一截獲,就算被測量了,被知道了。這個量子一知道,另一個糾纏著的量子也就同時“坍縮了”,確知了,那么這對量子就被作廢,不算數(shù)了。只有未被截獲的量子才算有效信息,所以敵方無法截獲到真正的有效信息。

    等到全部信息發(fā)完之后,接收方得到了一大串由0和1組成的信息,就像電報碼一樣,也能組成許多字母或漢字,比如“換、偷、李、桃”,但不知道是什么意思。

    發(fā)送方也能得到一串信息,因?yàn)樗c對方那串正好是一一對應(yīng)的反碼,當(dāng)然也就能知道對方收到的是什么,然后根據(jù)這串信息來編碼,實(shí)際上也就是解讀的順序。比如對上面那四個字,解讀順序是:2413,先讀第二個字“偷”,再讀第四個字“桃”……,然后再把這個編碼(解讀順序)用傳統(tǒng)通信方式發(fā)過去,對方一解讀,才知道原來是“偷桃換李”。

    敵方即使能截獲這個編碼也沒用,因?yàn)樗恢滥谴孔有畔⒈旧淼膬?nèi)容,光知道解讀順序也沒用。這套解讀順序也就是所謂“量子密鑰”。顯然它是一次性的手紙,用過便扔。等于每發(fā)一次信息都要編一套新密鑰。

  

  

  

  

  

    這個思路聽起來似乎也很有道理,但具體操作不清楚。另外有一句名言,任何比喻都是蹩腳的。用那副手套來比喻量子糾纏是不是完全合適?是不是還有更深刻的內(nèi)涵?而且量子通訊是否已經(jīng)真正實(shí)現(xiàn)了仍然有爭議,只好讓子彈再飛一會兒吧。

    十六、結(jié)語

    量子力學(xué)的發(fā)展史,給我們一個全新的領(lǐng)悟。以前總是說,現(xiàn)代科學(xué)有兩大支柱,一是邏輯,一是實(shí)驗(yàn)。愛因斯坦曾說過:“西方科學(xué)的發(fā)展是以兩個偉大的成就為基礎(chǔ),那就是:希臘哲學(xué)家發(fā)明形式邏輯體系,以及文藝復(fù)興時期發(fā)現(xiàn)通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)可能找出因果關(guān)系?!?/p>

    現(xiàn)在看來,只靠這兩個還不夠?,F(xiàn)在有人說:思想、邏輯、數(shù)學(xué)、實(shí)驗(yàn)是人類科學(xué)進(jìn)步的四大基石。

    數(shù)學(xué)好理解,不找出定量的數(shù)學(xué)關(guān)系,不提煉出公式,算不上科學(xué)。

    而思想更重要,主要指那些全新的思維。它往往是99%汗水之外的“靈光一現(xiàn)”。因?yàn)樘^奇葩,很難理解,不被認(rèn)可。

    當(dāng)科學(xué)遇到無法解釋的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,比如二十世紀(jì)初的“兩朵烏云”,如果只在傳統(tǒng)知識基礎(chǔ)上,通過邏輯推演,永遠(yuǎn)不可能推出新思維,不可能得到新知識。只有跳出窠臼,異想才能天開。

    比如“量子”這個概念就是這樣驚世駭俗跳出來的,關(guān)于它的種種解釋,比如“疊加態(tài)”“量子化的能級”“電子云”“幾率波”“量子糾纏”等等,全都令人匪夷所思,燒盡腦漿。但如果這些異想不能為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,就只能是“異端邪說”,不會帶來新知識。

  

    現(xiàn)在它們已被實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證,由此而生的新發(fā)明、新技術(shù)層出不窮,只有這樣,才能說它們?yōu)榭茖W(xué)體系帶來了“新知識”。

    另外,量子力學(xué)給我們感覺流派眾多,說法各異,爭論很大,各派都有自己的道理,即使正統(tǒng)派也未能完全定于一尊,到今天許多問題尚未全部搞清,仍在相互質(zhì)疑之中。但正統(tǒng)派既然已經(jīng)取得了最耀眼最扎實(shí)的成果,得到了許多實(shí)驗(yàn)和觀測的驗(yàn)證,且得到了廣泛應(yīng)用,我們目前只能以它為正宗解釋。

    量子力學(xué)已經(jīng)深入到了人類認(rèn)識微觀世界的極限,人類的觀測手段已經(jīng)影響并攙入進(jìn)了觀測結(jié)果,無法得出完全客觀的結(jié)論。所以各派只好做出各自的解釋。大家都不是終極真理,有些問題也許永遠(yuǎn)都搞不清。今后只能在實(shí)踐中通過應(yīng)用,看看哪派的說法更好用,更能解決問題。

    就像那些開放式影視劇,未來可能有多種選擇,多種發(fā)展方向,把更多的想象空間留給后人吧。

                   2020年1月29日

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