如果你對量子力學不感到困惑，說明你根本不理解量子力學

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量子力學

首先要說的，量子力學為什麼存在？就像牛頓為什麼發現萬有引力呢？量子力學的起源。源於我們很熟悉的一個物理問題---光是波，還是粒子。

這個問題斷斷續續的持續了幾百年的紛爭。

最早的科學家。可能要追述到亞里士多德的年代。那時的人們認為，能看見東西是因為眼睛發出了光，才能看見。但是人們很快發現。為什麼。晚上看不見呢？後來才慢慢意識到，是光線進入了眼睛，才讓人們能看得到物體。

那麼光究竟是粒子？還是波呢？

赫茲做的實驗。證明了電磁波的存在，證明了麥克斯韋的正確與偉大。似乎證明了光其實是一種電磁波的存在。具體的實驗似乎是赫茲在房間的一角製造了電磁波。然後在另一角的實驗儀器上面檢測到了電火花。

然而。光電效應的現象。卻又讓人們只能把光當成一種粒子來對待：光電效應指的是，光照在金屬上面，會打出電子。

然而人們發現奇怪的是，光打出的電子的能量高低，和光的強度無關，而與光的頻率有關。而打出電子數目的多少，與光的強度有關，而與能量無關。

我們來設想一下。如果是一個連續的現象。即光是一個波打在金屬上。那麼波的振幅，即強度，無疑決定了打出電子的強度，而波的頻率應當決定了打出的電子的數目。然而恰恰相反的現象發生了。

後來某位科學家（印象中是愛因斯坦。具體記不清）看到普朗克的公式，E=hv時，猛然發現，如果把光當做粒子來看待，這個現象就完美的解釋了。當做為粒子的光的頻率高時。其能量也高。從而打出更高能量的電子。當打向金屬的光子數目多。即光的強度高時。能夠打出更多數目的光子。

而證明光究竟是粒子。還是波的爭論從牛頓和胡適。一直延續了幾百年。漸漸地人們把目光轉移到另一種微粒上面----電子

電子

首先介紹一下發現電子的人---JJ湯姆遜。提出了葡萄乾蛋糕模型，即原子核像一個大蛋糕，電子就像葡萄乾鑲嵌在這個蛋糕上。後來盧瑟福提出了行星模型，即很多人認為的，原子核像一個太陽，核外電子像行星一樣。依據自身不同的能量，在不同的軌道上面繞著原子核旋轉。

然而，滿足行星模型的前提條件是--電子，真的是一個像行星一樣的粒子才行。然而電子的雙縫干涉實驗似乎告訴我們電子其實是一個波，因為只有一個波才能產生干涉條紋。然而α粒子散射實驗似乎又告訴我們其實電子是一個粒子，完了！這個世界混亂了。

再後來，出現了無數的名人。德布羅意，海森堡，馮諾依曼，薛定諤，玻爾，玻恩，等等等等。他們具體做了什麼？我也無法一一記清。我只能說他們最後得出的結論是---電子當你不去觀測他的時候，他是以概率雲的形式，出現在一個原子核的周圍。而當你觀測他的時候。電子迅速坍縮成為一個粒子。乖乖的讓你看著他。沒錯！觀測，就是量子力學一種解釋的主題，另一種所謂的平行世界的我們稍後再提。

測不準原理

這一段跟大家講一下所謂的測不準定理，最有名的是動量和位置方差之間的關係，當然還有很多組，比如能量和時間等等，這個都不提了。動量和方差的測不準定理的公式：x*p>=h/2π

其中x表示位置的方差。p表示動量的方差。方差表示測量一個粒子的誤差。也就是說，如果你想準確的測量一個東西，比如我想把位置的概率精確到1.那麼此時位置的方差為0，那麼根據公式，此時動量的方差趨近於無窮大。也就是說，此時無論怎樣，你都測不出來他的動量，誤差永遠是無窮大。換一句話說，當你把他的位置精確到一個點，那麼一個電子的動量就不再有意義。也就是說。此時這個電子，不再具有動量這個屬性。

這就是，很多人聽說過的，一個粒子，你永遠要麼知道他的位置，要麼知道他的速度，永遠不可能二者都知道，這句話應該比那個扯淡的公式來的好理解一些吧！

電子的雙縫干涉實驗

本來這段想要講薛定諤的貓，但是我想了一想，我還沒有完整的講過觀測和坍縮的關係。那麼我先說電子的雙縫干涉實驗。我想在高中大家都做過雙縫干涉的實驗。不僅僅是光能夠做，其實一個電子，注意了，我說的是單獨的一個電子，他也可以做雙縫干涉實驗，也會產生干涉條紋。之所以說電子是一個波，就是因為，如果只有一個電子，他要麼經過左邊的縫，要麼經過右邊的縫，怎麼可能產生干涉呢？然而事實，一個電子依然會產生干涉條紋，這也從側面說明了物質的波粒二象性。然而，如果哪位同學鑽牛角尖，非要說這個電子究竟是通過了左邊的縫還是右邊的縫？那麼很簡單，我們可以在縫上裝一個儀器，完全可以檢測這個電子從那邊通過，然而，準備好你們的心裡承受能力。沒錯！就像你們猜測的那樣，讓我在雙縫上面安裝一個儀器可以顯示電子從那邊經過時，干涉條紋消失了！此時只有熒光屏上面一個亮點的存在，向科學家們訴說著，當你觀測他的時候，他就不再是一個波，而坍縮成一個粒子了。看到這裡對於怎麼定義所謂的觀測，完全理不出頭緒，其實，這個在科學界真的沒有定論！難道觀測不需要人也可以導致粒子的坍縮？用儀器也可以導致粒子的坍縮？那麼，人和機器的區別在哪裡？

哥本哈根解釋中（最主流的量子力學解釋），告訴我們，儀器的確導致了粒子的坍縮。然而，如果儀器記錄了電子通過的位置，此時電子不再是既通過左邊，又通過右邊的疊加態。

電子坍縮成了粒子，開始聽了經典物理的話。然而，這種不確定性，轉移給了這台儀器。也就是說，在人們觀測這台儀器之前，這台儀器處於指向左邊和指向右邊的疊加態。知道有一個人去觀測這台儀器。他才坍縮為一個具體的指向。這不是神學，如果你頭大了，那麼說明，你真的讀懂一部分了。

好了，大家如果理解了觀測和坍縮的關係，我們可以跳進一個神奇的盒子了---薛定諤的貓。

薛定諤的貓

這個實驗我想大家已經很熟悉了，不過為了一些人還不知道，我再說一遍，我們把一隻貓，放到一個盒子裡面，盒子裡面有一個毒氣瓶，這個毒氣瓶由一個任何時刻都有百分之五十概率衰變的粒子所控制，當原子衰變時，毒氣瓶破裂，放出賭氣，弄死這個貓，（你們這群惡毒的科學家！）跳出這個可憐的貓。此時對於我們人類來說，在不打開這個盒子之前，誰也不知道這隻貓是死的還是活的，於是這隻就貓處於生死之間，生與死的疊加態，直到有人打開這個蓋子來看這隻貓，（沒錯！這就是一個觀測行為），這隻貓再按概率，坍縮為一隻活貓，或者一隻死貓。

看到這裡，有人會告訴我說這是一個悖論，其實這隻貓要麼是活著，要麼是死了，只不過我們不知道而已，然而，事實並不是這樣的，按照量子力學的規律，這隻貓的確是處於生和死的疊加態，這正是這個實驗的恐怖之處。又有愛鑽牛角尖的同學（怎麼又是我）站出來會說。如果放進去一個人呢？那麼假設打開的時候這個人沒有死，他走出來會很淡定的告訴你，完全是扯淡，老子在裡面活的好好的，根本沒有覺得自己處於生和死的夾縫裡面。

然而，我們說了，觀測導致坍縮，一隻貓的大腦，不足以產生對自我觀測的這種能力，然而做為一個人，我們時時都在觀測著自己的存活狀態，所以一個人放進這個盒子里，要麼他死了，要麼他永遠都在觀測自己，永遠都保持著坍縮的狀態。所以，沒有薛定諤的人，只有薛定諤的貓，甚至我認為貓的智商比較高，薛定諤的甲蟲也許更加符合實驗。

超距傳輸概念-量子糾纏

下面介紹一下量子中的超距傳輸概念，也就是所謂的，不遵循光速不可超越的一個概念，也就是擊破了貝爾不等式，擊碎了愛因斯坦的堅持的一個實驗。我們假設，一個大的粒子，由兩個小的粒子組成。在某時某刻，這個粒子突然分裂成兩個小的粒子，根據動量守恆定律，這兩個粒子，如果一個向左旋，那麼另一個一定向右旋。然而在我們不去觀測的時候，這兩個粒子都處於向左旋和向右旋的疊加態。這時，我們讓這兩個粒子慢慢飛，一個飛到宇宙這一頭，一個飛到宇宙的那一頭。於是，這兩個粒子漸漸地相距幾十億光年，上百億光年，此時，如果我們突然觀測其中一個粒子，假設得出的結果是向左旋。那麼另一個粒子也會在同樣的時刻，無需觀測，自動坍縮，並且向右旋轉。對，沒錯，不需要傳播時間，是完全同時發生。正是這個情況證偽了貝爾不等式，從而證明了，量子的行為，是隨機的，並不是存在一個擾動而我們觀測不到導致量子產生了類似隨機的情況。這就是量子中的超距情況。

所謂的哥本哈根解釋。大家要明白的一個重點在於，量子論的中心在於疊加。電子，光子都是波和粒子的疊加態。薛定諤那只可憐的大貓是生和死的疊加態。我們要拋棄的一個觀念是，一個事物一定具有一個固定的狀態，要麼是這個要麼是那個。這樣的想法一定要拋棄，因為，這個世界，本身就是各態的疊加。只是宏觀坍縮了而已。

最後給看過的人留一句玻爾（以上所有理論的創始人）的名言：如果你對量子力學不感到困惑，說明你根本不理解量子力學。

一個來自英國萊斯特大學的研究生小組將經常思考的這個問題進行了認真的研究，並且分析了宇航員們在飛行器以接近光速飛行時眼前的景象，得出的結果是——超空間旅行和電影中演的看起來完全不一樣。

據科學家們稱，超空間旅行時，由於有多普勒效應，你根本就不可能看見星星什麼的。當一個人向某個電磁波輻射源靠近時，他的接近速度會導致波長的明顯偏移——這也是為什麼警報聲在你的耳邊時最響的原因。

不過身在一艘宇宙飛船里以光速移動時，光的頻率會非常戲劇化地偏移，最後根本就不在人的可見光譜之內，所以說宇航員們根本看不見星光。而在大爆炸之後被遺留下的宇宙微波背景輻射反而會偏移到人類的可是光譜之內。

結果就是：飛船上的船員們可能會看到在前方中心有一個碟狀的明亮光團。這也就意味著，迷幻又失真的超空間旅行和最上面那張圖的情景類似。謝謝你，物理學，你讓我們再一次見識到科幻有多不

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