你知道量子力學嗎？

它的名字絕對如雷貫耳，少有人沒聽說過它的大名。好像著名的薛定諤的貓講的就是量子力學，那只可憐的貓不是活著也不是死了，而是處于兩者疊加的狀態。

然后量子力學應該講的是微觀世界里各種粒子的運動規律，它們和宏觀世界的規律完全不同。

再然后，可能就不太清楚了。

沒錯，這些都屬于量子力學。可你了解量子力學嗎？

如果不是專門研究量子物理的，或是對它有興趣的朋友，很少會真正了解量子力學。但都知道它的大名，可見它是多么的著名。不信，其他任何一個領域你不了解它還能知道名字的也是屈指可數的。

其實量子力學與我們的生活息息相關，從電腦到激光，從核能到生物技術，幾乎沒有哪個領域不涉及量子力學。它誕辰距今已經超過100年了，但仍然是當今物理界最前沿的學科，誰能再往前探索一小步，也絕對是人類史上的一大步。

但奇怪的是，直到今天，量子力學的一些基本思想和內容仍然不被大眾所熟知。它很有名，也很重要，但沒有多少人了解它。

其中很重要的原因，就是量子力學實在是太難懂了。它究竟講的是什么，這個問題至今也很難回答。它的出現直接沖垮了整個物理學的基本思想，導致對我們整個世界的認知也產生了天翻地覆的變化，甚至在自然哲學觀上，量子力學也帶給人類前所未有的沖擊和震撼。它的觀念是如此革命，連最前衛的科學的潛意識里也對它有深深的懼意。量子力學的旗手、奠基人，偉大的玻爾都要說：“如果誰不為量子力學感到困惑，那他就沒有理解量子力學。”

就拿那只著名的薛定諤的貓來說。什么？一只貓，在沒有觀察它的時候，沒有活也沒有死，而是半死不活。天吶，生活中從來沒有見過這樣的貓啊!這個時候量子力學說話了：“只要一觀察它，本來兩種狀態疊加的貓就坍塌到一種狀態，在生活中我們只要能看到貓，就是在觀察它，那么貓的狀態也就坍塌成了要么是活的要么是死的，而看不到理論中非死非活的情況。”

這個時候也許你會問：“什么叫觀察呢？難道只有人去看它才叫觀察嗎？另一只貓看它，或照相機拍攝算不算觀察呢？”

量子力學又說：“很好，你已經接觸到了我最神秘的部分，那就是人的意識會影響客觀世界。的確只有人類觀察才會讓貓的狀態改變，因為只有人類才有意識。”

“等一下等一下。”你迫不及待地打斷它的話，“意識？物理的世界難道不是客觀的嗎？意識這種唯心的東西居然也能混進物理的殿堂里來。”

量子力學哈哈大笑，“這正是我令人不解的地方，別說是你了，100年之前，我被物理學家們發現的時候，包括愛因斯坦、玻爾、海森堡這些最有名的科學家，也都大惑不解。他們每個人只在我身上挖掘一點東西，諾貝獎的獎章就會掛在他們身上，每向前走一步，整個世界都會為之驚嘆。”

你一定會問：“究竟是什么回事呢？量子力學到底在講什么？”

《量子物理史話——上帝擲骰子嗎？》這本書就來解答這些疑團，作者是曹天元,一位不愿透露過多個人信息的科學愛好者，據說他的足跡遍布中國和美國，涉獵甚廣。我想他一定擁有一個有趣的靈魂，否則怎么能把科普也描寫得跌宕起伏、引人入勝。這本書帶我們回到100余年前量子力學初生的年代，重溫那段波瀾壯闊的歷史，那段人類的智慧天才交相輝映的歷史。在全世界最矚目的舞臺上，最天才、最聰明的科學家們共同出演了一幕幕驚心動魄的科學戲劇。普朗克、愛因斯坦、玻爾、薛定諤、波恩、泡利、德布羅意、海森堡......

好，演員到齊，好戲就要開始了。

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就像在武俠世界里每一個門派都有第一代掌門一樣，量子力學的開山鼻祖是德國物理學家馬克思普朗克。

是他把量子這個幽靈從深深的沉睡中喚醒，以至于后來把整個經典物理構建的大廈徹底顛覆。是他親手打開了量子世界的大門，卻被門外的世界嚇得目瞪口呆。這個新興的門派，絕不僅僅是普朗克最初想象的把物理學進行小修小補，而是整個摧毀和重建。

但在量子初生的那個年代，一切都還風平浪靜，經典物理的末日余暉還未散盡，人們甚至認為物理的世界已經基本建成，剩下的不過是查缺補漏。在1900年，英國的開爾文公爵樂觀的表示，物理已經實現了大一統，只是還有兩朵小的烏云還未解決。第一朵是邁克爾遜-莫雷實驗令人吃驚的結果，第二朵是黑體輻射中的難題。但不要緊，應該很快就會解決的。

我們不必知道這兩多在當時看來微不足道的烏云具體是什么，只要知道這兩朵烏云后來給整個世界帶來了怎樣驚心動魄的變化。

第一朵烏云，最終導致了相對論的爆發。

第二朵烏云，最終導致了量子力學的爆發。

開爾文的演講如同末日的讖語，物理世界在新的世紀注定要爆發出洪水和大火，將舊世界滌蕩和燃燒干凈，曾經高枕無憂的人們不得不流落荒野，在痛苦的探索中度過未來30年顛沛流離的生活。最終這兩朵烏云散盡，陽光傾灑大地，物理學迎來涅盤重生，建構了兩幢更加堅固壯麗的城堡。

普朗克正是在研究第二朵烏云——黑體輻射時打開了量子這個潘多拉魔盒的。

普朗克經過幾個星期忙碌的研究，終于看到了勝利的曙光，但呈現在他眼前的一個完全意想不到的景象：

能量在發射和吸收的時候，不是連續不斷的，而是分成一份一份的。

就是這句話，讓盛極一時的物理帝國開始土崩瓦解，最后倒塌得干干凈凈。

普朗克發現，能量在傳遞過程中，必須有一個最小的單位，不可以無限細分下去。他把這個最小的單位取名為“量子”。

那是1900年12月14日，普朗克在德國物理學會上宣讀了他名留青史的《黑體光譜中的能量分布》的論文，這一天是量子的誕辰。從此，這個幽靈開始在歐洲的上空游蕩。

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緊跟著，把量子發揚光大的是整個20世紀最重要的兩位物理學家：愛因斯坦和玻爾。

1905年，愛因斯坦用“光量子假說”解釋了光電效應，成為了量子論的奠基石之一，并在后來因此活得了諾貝爾獎。他指出光的傳播也如能量一般，是有一個最小的單位。也就是說，光是由一個一個的光子組成的。

在那個時候關于光的本質,人們還是認為光是一種波動，而“粒子說”則被打壓了近百年而沒有出頭之日。愛因斯坦的發現把關于光本質的“波粒之爭”又一次推向了高潮，大戰一觸即發。

而稍晚一些，丹麥物理學家尼爾斯玻爾于1911年動身去英國學習，這次學習讓他結識了他的恩師盧瑟福，從此，他仿佛手握能照亮混沌黑暗的宇宙的火炬，能避開滿路荊棘的山路的利斧，天空閃耀起耀眼奪目的光芒，物理世界的前路已經開辟出了一條嶄新的道路。

次年，玻爾完成學習回到祖國丹麥。臨行前盧瑟福給于了他極大的鼓勵，只是恐怕盧瑟福也沒有想到這個害羞的青年會在很大程度上改變人們對世界的終極看法，他會成長為原子物理的泰山北斗，是整個量子物理學家們背后的精神領袖。

最終，玻爾發現了氫原子的電子的量子化軌道，解決了原子結構的穩定性問題。同樣因為這個發現獲得了諾貝爾獎。后來玻爾又提出了一系列假說來豐富量子力學，同時他還創立了哥本哈根學派，讓丹麥成為了世界上研究量子物理的中心。后面將會陸續登場的重要人物要么都來自哥本哈根學派，要么也與其有很深的淵源。

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在玻爾之后的物理學界，充滿了未知的不安。玻爾雖然用量子解釋了電子的運動規律，但缺陷也同樣明顯。他后來陸續提出的修補也不能令人信服。整個世界都試圖搞清楚光究竟是粒子還是波動，都翹首以盼著一個更偉大的理論的降臨。

大風起兮，霧雨皆散，原來人們已經站在了山巔之上。極目望去，滿眼風光。

這個帶領我們走出迷霧的人，是海森堡。

他運用數學里的矩陣，給量子力學創造了一個新的形式，而且還包含了牛頓的經典力學，可以說是一種適用范圍更廣的公式。海森堡創立的新體系超越了他的導師玻爾的舊體系，將量子的領域擴大到未知的地帶。

而同時，奧地利人薛定諤決定用更簡潔的的方式描繪原子里電子的不連續的能量。他吸取德布羅意研究的成果，只用一個波動方程就可以。這就是名動整個20世紀物理史的薛定諤波動方程。

但海森堡和薛定諤都互相不認可對方的工作。矩陣力學，還是波動方程？全新的量子論誕生還不足一年，就已經面臨著內戰了。

前面已經講到關于光的本質，是粒子，還是波？一直沒有定論。仿佛它一會表現為粒子，一會又表現為波。矩陣力學和波動方程，都在宣稱自己才是自然界的主宰，對光、電，一切物理現象都擁有絕對主權，根本容納不下對方。

光的本質，到底是粒子還是波？這個長達300余年的戰役，其間參戰的都是物理史上偉大的人物：牛頓、胡可、惠更斯、楊、菲涅耳、麥克斯韋、赫茲、愛因斯坦......終于，現在到了最后一戰。

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首先是海森堡從他的矩陣中驚奇地發現了不確定性這一量子力學中最玄妙的東西。而玻爾——這位量子物理的泰斗——在參考了海森堡的研究后，最終得出了一個驚人的結論：光即是一種粒子，也是一種波動。

光子或電子，可以展示出粒子的一面，同樣可以展示出波的一面，這完全取決于人們如何觀察它。一旦觀察方式確定了，電子就以其中一種形式出現，這就是著名的“互補原理”。

而“觀察”，則會影響電子或光子的狀態，也就是當你想確定它的位置，就無法得知它的動量，反之亦然。也就是粒子具有不確定性，這也是后來愛因斯坦和玻爾最大的分歧，愛因斯坦至死也不相信這個該死的不確定性，但玻爾以及身后的一大批物理學家已經把這個理論建立的恢弘無比。

玻爾的“互補原理”，和波恩的概率解釋，海森堡的不確定性，三者共同構成了量子力學的“哥本哈根解釋”的核心，至今仍影響著我們對宇宙的終極認識。

300年大戰的硝煙散盡，結局竟然是這樣，真是叫人意外。這種奇妙的結合，就是鼎鼎大名的“波粒二象性”。

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如同當年“量子”這個幽靈被放出來一樣，“不確定性”的出現讓物理界爭吵不斷。一方是以玻爾為代表的哥本哈根學派，堅信這個世界是不確定的；而另一派的實力也不逞多讓，由愛因斯坦坐鎮，主張世界是有規律的、可以被準確觀測的。

在幾次索爾維會議上的交鋒之后，玻爾逐漸占據了上風，雖然愛因斯坦奮力反擊，但他的陣地越來越少，身邊支持的人都逐漸轉向了對方，直到那個關于“量子糾纏”的實驗結束后，愛因斯坦徹底輸了。

但這是一個漫長的過程，就像一場戰役，經歷了幾起幾落，愛因斯坦陣營甚至一段時間內占據了優勢。主力大將薛定諤提出他那個著名的“薛定諤的貓”就給玻爾他們帶來了長久的困擾。

之前我們討論的都是在量子層級上，沒有什么概念，但現在把貓這種日常生活中的東西加進來，由微觀變成宏觀，就不太一樣了。如果光是粒子又是波，那貓為什么不是既死又活呢，在現實中為什么沒有疊加呢？

當然有那些不厭其煩的解釋：貓的確既死又活，只不過在觀察時坍塌成了其中一種狀態；還有它們在一個宇宙中活著另一個宇宙里死了；還有貓從未死活，而是由看不見的隱變量決定的......諸如此類。但人們總有一種預感，一定有更好的、更可靠的答案，不需要什么意識就能解釋的完美的答案。

再往后的解釋令人炫目而多樣。比如“退相干歷史”，我們看到的一切都是所有的可能性的總和，在每一個方向上的干涉互相抵消，就是所謂的“退相干”。

很令人抓狂，但這只是眾多解釋中的其中一種。我們在經歷了解釋量子的眾多條路而無功而返時，突然發現，自己已經站在一個巨大迷宮中央，每一條路都是一個未知的世界。在量子誕生近100年后，我們對身處的宇宙了解了更多，本以為從黑夜走到了認知的黎明，卻發現我們不了解的其實更多。

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量子力學的路仍未走到盡頭，注定要繼續影響物理學的未來。它無往而不利，在廣闊的疆域里開疆拓土，意欲把一切都囊括在內。如今，只差最后的終極挑戰，便能實現天下一統。但固守最后一座城池的是一個前所未有的強大的對手——廣義相對論。

要知道，愛因斯坦最后幾十年里做的最重要的工作，就是試圖把廣義相對論和量子力學結合起來，形成萬能理論。但很可惜，他終其一生都未能做到。

后世的科學家們，一代又一代，試圖把相對論囊括到量子力學里來，這其中最聲名遠揚、時髦無比的就是超弦理論。

弦理論認為世界上所有的光子、電子等這些粒子，并不是傳統意義上的沒有長寬高的點，而是有開放或閉合的一根根弦組成，弦的不同振動方式構成了自然界中不同的粒子。我們生活在一個十維空間里，但其中六維蜷縮起來，平時看不到。

而只超弦理論就有不同的五種，后來又提出了包含這物種理論的M理論......但不管是哪種理論，它們都還剛剛起步，仍有很長的路要走。

篳路藍縷，方興未艾。量子力學的百年探索，把我們的認知帶去到了一個前所未有的高度，暮然回首，看著那些偉大的成就，想著那些偉大的名字，不覺喜上心頭。但抬頭望望前路，路漫漫其修遠兮，誰知道今日建造的量子力學帝國大廈，不會像曾經的經典力學那樣頃刻間灰飛煙滅、土崩瓦解呢?

俱往矣！前方有無數條路，同時前面已經沒有了去路。一切，都需要人類的天才和勤奮去開拓創新。《量子物理史話》只能把我們送到這個地方，剩下的，讓時間來告訴我們答案吧。