量子力學最荒誕的地方究竟在哪裡呢？

知識 08-21

歷史上，在自然科學界, 一直在爭論一個重要的課題：光是粒子還是波。一吵吵了幾百年。

在牛頓時代，雖然波動說更加符合人們的經典思維，但牛頓一個人就扭轉了整個戰局，結果粒子說佔了上風。在牛頓光輝的科學成就的背後，是一份沉重的情感代價：年輕的牛頓，在英國鄉下的蘋果園，同時收到了上帝砸來的兩個蘋果：一個是科學史上最著名的「萬有引力」蘋果，還有一個是他和美麗的小表妹的兩情相悅。牛頓選擇了科學的蘋果，錯過了亞當和夏娃的蘋果，最終一生未娶。

一百多年後，麥克斯韋優雅的電磁方程式問世，原來，光是電磁波的一種特殊形式。在赫茲用實驗證明了麥克斯韋方程式後，光的波動說立刻獲得壓倒性的勝利，一統江山。

麥克斯韋，一個典型的英國紳士：保守刻板，孤僻寡言。但這樣一個保守的紳士，一生中卻做了兩件很不保守的事情：一件是推翻了牛頓關於光學的經典理論；還有一件，是玩了一場感人的姐弟戀。新娘子34歲，在維多利亞女王時代是一個典型的老姑娘。據說，這位老姑娘不僅比新郎大七歲，而且不穿高跟鞋也要比新郎高半個頭。

麥克斯韋在情詩中這樣抒發他的情感：「你和我將長相廝守，在生機盎然的春潮里，我的神靈已經，穿越如此廣闊的寰宇？」顯然，他已經分不清愛情世界和電磁世界的界限了。

但其實，無論粒子說，還是波動說，兩家背道而馳卻彼此糾纏的學說（這情形，讓人想起「量子糾纏」。從大自然到心靈世界，宇宙的對稱性無所不在），手上都握有能夠徹底顛覆對方的致命的實驗數據。這真是一件傷透腦筋的事。

歷史走到了光怪陸離的二十世紀。伴隨著世界大戰的腳步，物理學界也發生了兩件地動山搖的大事：相對論和量子力學相繼誕生。

今天，我們都知道，相對論是和一個光芒四射獨孤求敗的名字緊緊聯繫在一起的：愛因斯坦。

而量子力學更像是一次集體創作。故事的版本是這樣的：

二十世紀初葉，就在人們認為物理學已經成了雞肋，再也沒有什麼新發現可以挖掘的時候，一個叫普朗克的德國年輕人僅僅出於個人興趣，選擇了物理學作為他的畢生事業。雖然他的老師勸告他，理論物理學家現在能做的事，就是在小數點後再多加幾個零。但幸運的是，他是一個貴族，不需要為生存而學習。

這個幸運的年輕人，在一次偶然的數學公式的推算中，得到了一個奇妙的常數：「普朗克常數」。它意味著，光和能量不是一個光滑的如同波浪的流線運動，而是被分割成一份一份的。—— 「量子」誕生了，天下從此大亂！

隨著「量子」的誕生，理論物理學界被劃分為兩大陣營：以丹麥人波爾和德國人海森堡為首的正規軍，集中在丹麥首都哥本哈根的大本營，堅持「光是一種粒子」；以愛因斯坦和薛定諤，以及浪漫的法國王子德布羅意為首的游擊隊，則分散各地，各自為戰，堅持「光是一種波」。

奇妙的事發生了！

幾乎前後腳，海森堡發明了矩陣公式，而薛定諤發明了波動方程。兩者分別從粒子說和波動說出發，卻殊途同歸，都能夠從數學上完美地推算出所有的實驗數據，就像一對孿生兄弟。

自然科學史往往散發著濃厚的浪漫主義人文氣息。根據歷史記載，海森堡在一個美麗的海島上閉關。在矩陣公式誕生的那個黎明之前，他終於「開悟」，興奮的他爬上一塊陡峭的岩石，迎接曙光的來臨。而在世界的另一個角落，阿爾卑斯的雪山上，一生風流的薛定諤，因為和妻子吵架出走，帶著一個神秘的老情人在小木屋裡浪漫無限。薛定諤方程就是這段浪漫史的結晶。也許是受到了情愛的滋潤，薛定諤的波動方程，遠比海森堡的矩陣公式更加簡潔優雅，討人喜歡，乃至哥本哈根的同事們全都「背叛」了海森堡，紛紛採用薛定諤方程來推算他們的理論和實驗數據。

問題是矩陣公式和薛定諤方程，這兩個「好基友」，在應用中就像一對孿生兄弟，在理論基礎上卻截然相反，背道而馳，似乎天生的一對死敵。——光到底是波，還是粒子？幾百年的爭論，走到了路的盡頭，是時候讓這兩個孿生兄弟認祖歸宗，攜手相聚了。

終於，一個幽靈，「波粒二象性」，橫空出世。哥本哈根的教父玻爾和他的年輕教徒們，得到了一個驚人的結論：原來，光又是波又是粒子！

這啥意思？簡直是越聽越糊塗了！這時候，作為量子力學的教父，波爾說話了：上帝在擲骰子。

這句話，用量子力學的語言表達，就是：在沒有人進行觀測的時候，光是一種概率波；一旦被觀測，它立刻坍縮為粒子。

下面，我們試著換一個比較生活化的語言來解釋：

打個比方，在你沒有結婚之前，你對未來的伴侶一定會有很多美好的憧憬。每一種憧憬都有實現的可能。你可以選擇不同性格的人，作為你的戀人。你甚至可以把所有可能性的最美好的一面，都集中在一起，陶醉其中。總之，你擁有無限的可能性。

但是，受限於你的長相，收入，談吐，居住的城市等等，每一種可能性的概率是不一樣的。比如，在我們多倫多，嫁給一位高富帥的可能性也許會比溫哥華要小一點，而找個西方男朋友的概率要比中國國內大很多。你甚至有可能當一次灰姑娘，在古巴的某個海灘上遇到一個異想天開的沙烏地阿拉伯酋長的兒子，雖然這個可能性的概率很小，但誰也不能否認這種可能性確實存在啊。

所有這些不同概率的可能性，匯聚成一個虛無縹緲的「概率波」，它瀰漫在廣闊的時空中，而不是集中於一個具體的點。這個人生未來的概率波，雖然不是真正的現實，卻遵循著自己的發展軌跡。

比如，在生活里，如果你不幸是一個醜小鴨，那成為灰姑娘的概率就非常非常小。但是，感恩韓國整容業的發達，你多了一次後天的選擇機會：你可以選擇去韓國整容，也可以選擇保持原貌。如果你毅然選擇了前者，讓自己的臉蛋和錢包同時挨一刀，你的人生概率波，立刻會演化出新的可能性：你可能變成一道非常靚麗的風景，但你也可能徹底毀容，「變成」憤怒本尊金剛亥母。

讓我們樂觀一點吧，假設你最近做了一次非常成功的整容。於是你心情大好，計劃著獨自一人到古巴的海灘上吹吹海風，順便試試自己的手氣。這時候，和最初的概率波相比，你遇見沙特王子的概率波立刻就會收穫三個漲停板。

然而，概率波畢竟只是一種可能性，並不是真正的現實。然後，作抉擇的時刻終於來臨。當你心甘情願，或者心有不甘地，戴上鑽戒的那一刻，你曾經擁有的美好的無限可能性全都坍塌了，化為一個非常真實的男人，站在你的面前。這個男人的長相性格收入可能還不錯，但是和你曾經集中了無限可能性的美好想像中的那個「白馬王子」形象，還是相去甚遠。好在，荷爾蒙的麻醉作用還沒有過去，你們還有一兩年的時間可以慢慢磨合，然後一起慢慢變老。

同樣道理，在微觀的量子世界中，在沒有觀測的時候，光就是一個有著無限運動軌跡的可能性的概率波。一旦被觀測，它立刻隨機選擇其中一種可能性，坍縮為一個具體的粒子。

在量子力學的微觀世界裡，光的概率波坍縮為某個特定粒子，這是一個隨機性的選擇，也就是說，這是一個有點碰運氣味道的純粹的偶然事件。此時此地，傳統科學信奉的因果律失效了。這就是愛因斯坦非常不高興的原因。他憤怒地對玻爾說，「老頭子（指上帝）是不擲骰子的。」

看似幸運的是，雖然你作為個體，最後選擇的老公具有一定的偶然性。但是在多倫多這個城市，有無數像你一樣的白領單身年輕女性。在每年的社會調查中，她們這個群體的婚姻統計數據，大體都是穩定的，有一定的必然性和因果規律。換句話說，無數偶然的個性選擇，匯聚成一個有著必然性的宏觀大數據。

同樣道理，雖然因果律在量子力學的微觀世界裡失去了管轄權，但是在宏觀世界裡，它依然有效。因此，我們可以繼續坐地鐵，不用擔心突然爆炸，前提是安保措施非常嚴格；也可以繼續喝昂貴的非轉基因牛奶，不用擔心會導致傳說中的不育症甚至白血病。最重要的是，量子力學家們說，宏觀世界的相對穩定，確保了「你坐在二樓的沙發上，不會因為地板的突然消失，而掉到一樓女主人的席夢思床上。」

然而，事情的荒誕，遠不止於此，量子理論對傳統觀念的顛覆性，遠遠超越了人們的想像力。玻爾曾經說過，如果你在公園裡，和一個陌生人坐在一條長椅上，和他慢慢地慢慢地講量子力學，他如果沒有把你當成一個瘋子而恐懼地一點點挪開自己的身體，那他一定是根本沒有聽懂量子力學。

那麼，量子力學最荒誕的地方究竟在哪裡呢？根據量子力學，光其實只是一個特例而已。其實，所有的物質世界都在劫難逃。於是，真正的大麻煩登場了。

讓我們還是結合比喻，講得盡量簡單易懂些。

物質世界是各種分子，原子組成的。分子和原子的多樣性，造就了五彩繽紛的物質世界。對此，大家沒有異議。繼續往微觀世界走，比原子更小的，是質子，電子，夸克等微粒子。再分下去，就是量子或能量場。

我們曾經認為，世界的基本元素，那些秉性各異的微粒子，是實實在在的。這些實實在在的微粒子，組合成了我們實實在在的宏觀世界。可是，我們突然意識到，在最微觀的世界裡，所有的物質的差別和多樣性都消失了。取而代之的，是一片以類似光的形式（能量場）存在的能量的海洋。

在這個光或能量的海洋里，因為觀測的緣故，「隨機出現了很多粒子」，而組合成了多姿多彩的宏觀物質世界。其實，這些粒子，只是能量場或光的密集形式，從未改變過能量場的本質。

關於能量如何聚集為宏觀世界的理論可謂五花八門，但核心的內容，都可以歸納為一點：本質上，宏觀的物質世界從來沒有離開過光明或能量的海洋。並不是說，通過觀測，能量轉變成了粒子，將來粒子又通過衰變，逐漸變回能量。並不是這樣。而是說，不管有沒有觀測，從來都是一片能量的海洋。有觀測的時候，大自然會「聚集」為「粒子堆」，但本質就是能量的海洋。沒有觀測的時候，大自然就是一片如同虛空一般虛無縹緲的光明或能量的海洋。

這樣說，對很多人來說，還是有點「燒腦」。我們打個比方，事情的奧妙之處，就會非常清晰了：

在一個亘古以來就一直存在卻從來沒有人闖入過的大沙漠里，到處都是沙子，一模一樣的沙子。因為「風」，這些沙子堆積成了各種形狀的小丘。有的像宮殿，有的像城堡。有的像老虎，獅子，有的像人。

但是，沙漠自己不會有「老虎，獅子，人」的概念。沙漠沒有任何概念。有的只是一模一樣的沙子。沙子，沙子，除了沙子，還是沙子。沒有老虎，沒有獅子，沒有人，只有沙子，這是一片沙子的海洋。

這時候，沙漠里闖入一個旅行家或探險者。他被眼前的壯闊景象驚呆了，他忘了饑渴和生命的危險，只顧著欣賞落日餘暉下的沙漠風情。他指著一座座沙丘說，這是老虎，這是獅子，這是男人，這是女人，這是老人，這是孩子。—— 於是，藉助於他的眼睛和意識的想像力，多姿多彩的宏觀世界誕生了。

其實，大自然沒有顏色，沒有聲音，沒有形狀。所有的顏色，聲音，形狀，都是觀測者自己創造的，只存在於觀測者自己的意識里。過去，科學家們雖然也承認，我們眼睛看到的世界，其實只是光線的壓力，通過視網膜和複雜的神經系統，在我們大腦中產生的一個腦電波；但是科學家們依然相信，外面肯定還有一個實實在在的精彩世界，和這個腦電波絲絲入扣地對應著。但是，如今，不管我們如何喜歡齊秦的歌聲「外面的世界很精彩」，量子力學已經明確地告訴我們，離開了我們的觀測，外面的世界根本不存在。

在著名的索爾維會議上，量子力學的大腕們幾乎全部聚齊。玻爾和愛因斯坦代表兩個陣營，進行了最後一次華山論劍。玻爾的哥本哈根量子力學大獲全勝。在會議的間隙，愛因斯坦曾經和玻爾一起在月光下散步。愛因斯坦問，「親愛的玻爾，按照你的理論，難道我們沒有人看這個月亮的時候，它就不存在了嗎？」玻爾說，「我不得不說，是的。至少，它的邊緣會變得模糊，並逐漸消失。」

如果說，量子力學中還隱藏著比這更加荒誕的結論，那就是：不僅眼前的世界，在無人觀測時是一個虛無縹緲的概率波；而且人類的古代歷史，因為離開了我們今天所有活著的人的視線，也成為一個虛無縹緲的概率波。從某種意義上說，是今天的我們，創造了古代的歷史。——這正是那隻著名的「薛定諤的貓」想要展示給人們的量子力學的「荒誕之處」。

讓我們回到光的「波粒二象性」。現在，我們來總結一下，它有兩個重要的結論：

1. 在沒有被觀測時，光的本質，其實只是一個虛幻的概率波，是很多不同可能性的概率分布而已。由此引申，離開了所有的觀測，整個世界會變得虛無縹緲。

2. 這個概率波「坍縮」為粒子的關鍵原因，是觀測。換句話說，一個具有意識，能夠感受和思考的觀測者的介入，是「現實世界」最終獲得定型的核心因素。

大家對此是不是有些似曾相識呢？

是的。在人類歷史上，至少有三個富有影響力的學說，都提出過同樣的結論，可謂異曲同工。這三個理論，分別代表了西方神學與哲學，古典佛學。

一個是和牛頓同時代的英國主教貝克萊，也是西方唯心主義哲學的鼻祖。貝克萊認為，世界只存在於我們的感知中。離開了我們的感知和經驗，根本找不到一個外面的物質世界。

在貝克萊之後，西方哲學分成了兩個大陣營：堅決反對貝克萊的人，叫做唯物主義；支持和修正貝克萊的人，叫做唯心主義。當然，還有一些試圖投機取巧，彌合兩個陣營之間裂縫的人，比如黑格爾的辯證唯心主義。