量子力學給我們人類的宇宙觀帶來了深刻的影響，它闡述的每一條理論都那么深刻且具有顛覆性,，我們在宏觀世界根深蒂固的確定性,、空間的局域性和因果論均被打破，所以我們很難想象和理解亞原子世界到底發(fā)生著什么,，本文從一枚燈泡觸發(fā)量子世界開始到驗證貝爾不等式不成立確立玻爾的勝利,，簡要回顧量子革命歷史，讓你一片文章了解量子力學說了什么,？我們開始吧,。

首先我們必須清楚一個概念，什么是量子物理學和量子力學

• 研究和解釋發(fā)生在亞原子水平上的現(xiàn)象的科學被稱為量子物理學,。

在亞原子水平上,，原子的原子核，基本粒子和所有用我們的眼睛無法看到的小的東西,，即使我們使用顯微鏡,，都需要量子物理學來解釋。

• 解釋亞原子領域運動和關系的基本數(shù)學理論被稱為量子力學,。

簡而言之,，量子物理負責亞原子層次的理論部分，量子力學負責亞原子層次的數(shù)學部分,。既然我們知道量子物理不同于量子力學,，我就可以自由地使用這些術語而不會有任何困惑。

一枚燈泡引發(fā)的量子革命

多年來，人類對知道事物的原因很感興趣,，人類天性好奇,，內心無比的堅信因果論，知道如何解釋某些現(xiàn)象從何而來以及它們的行為是怎樣的，這就促使我們去調查并找到一個令人滿意的答案,。19世紀,，科學家馬克斯·普朗克問自己:為什么當燈泡燈絲變熱時，光的顏色會發(fā)生變化?當時的人們根本不在乎電燈顏色為什么會改變,，重要的是電的存在,，它可以照亮家庭、企業(yè),、街道和我們想要的一切。

電燈的發(fā)明為量子力學的誕生打開了大門,，馬克斯·普朗克決定尋找顏色和溫度之間的關系,。為此，普朗克和他的同事決定進行一項實驗來研究黑體的輻射,，他們創(chuàng)造了一種特殊的管子,，可以把它加熱到非常精確的溫度，從而能夠測量產生的光的顏色或頻率,。

普朗克對黑體輻射的研究

普朗克得出了他自己的結論:能量以能量量子的形式被吸收和發(fā)射，與它所輻射的光的頻率成正比,，頻率乘以普朗克常數(shù),，該常數(shù)的數(shù)值為6.63x10^-34 J.s，這個方程用E = hf表示,。普朗克發(fā)明了一種想象能量的新方法,，要么以能量包的形式，要么像他說的“一份一份的”,，能量被謹慎地量化在能量包里,。在亞原子世界中，能量是以量子化的方式來研究的,，甚至,，量子物理學來自于普朗克給他的發(fā)現(xiàn)起的名字:能量量子。至此量子化的概念就出現(xiàn)了,，但離量子力學還需要一個重要的發(fā)現(xiàn),。

黑體是一種理論或理想的物體，它吸收所有的光和所有落在它上面的輻射能,。沒有任何入射輻射被反射或穿過黑體,。

赫茲發(fā)現(xiàn)光電效應和愛因斯坦的大膽解釋

19世紀，海因里希赫茲意外發(fā)現(xiàn)了光電效應,，赫茲經歷了一種全新而令人不安的現(xiàn)象：“當其中一個金屬球被紫外線照射時兩個金屬球之間的火花變亮，放電增加”,。但不幸的是，赫茲36歲時去世,，無法破解光電效應所發(fā)生的一切,。

意外收獲:指的是一個受試者認識到他已經做出了重要發(fā)現(xiàn)的能力，即使這與他正在尋找的東西沒有關系,，也就是說,，偶然發(fā)現(xiàn)是指找到你沒有在尋找的東西。

1905年,，阿爾伯特·愛因斯坦創(chuàng)造了歷史,，他發(fā)明了一種新的理論來解釋光電效應，他從本質上堅持認為:“我們必須忘記光是一種波的所有想法,，而認為它是一股微小的粒子流,。”愛因斯坦改變了我們把光看作波的方式，現(xiàn)在我們必須把它當作粒子來研究,。為了描述它,，他用了普朗克之前用過的術語:有多少，我們現(xiàn)在知道的光子,，在那個時候他們叫它光量子?，F(xiàn)在光不僅是波，而且是粒子,，從這里波粒二象性誕生了,。光是量子的觀點，在當時似乎是完全瘋狂的,，然而,，遵循愛因斯坦的思路和邏輯結論，用光一下子解決了所有問題,。

波粒二象性

光是一種粒子，可以解釋紫外線災難和光電效應,，但它也是一種波,，能夠解釋陰影和肥皂泡色彩。然后,，在愛因斯坦那聰明而瘋狂的想法出現(xiàn)幾年后,，這個悖論變得更加深奧。因為這似乎是一個奇怪的光的神秘,，即將成為一場關于現(xiàn)實本質本身的戰(zhàn)爭,。一方面，由杰出的丹麥物理學家尼爾斯·玻爾領導的新一波革命性的科學家，另一方面,，理性的聲音……阿爾伯特·愛因斯坦,，在他的威望之巔，現(xiàn)在舉世聞名,，毫無疑問,，他是一個強大的對手。

這場戰(zhàn)爭始于一個看似簡單的實驗,，并持續(xù)了數(shù)十年,。奇怪的是，這個實驗甚至不是關于光,，而是關于組成電的粒子——電子,。在20世紀20年代中期，一項實驗揭示了關于電子的一些完全出乎意料的事情,，應該注意的是，那時人們已經接受了電子是能量的小塊,，是小而固體的粒子,。

雙縫干涉實驗，被認為是粒子的電子表現(xiàn)得像波

在實驗中,，他們在晶體中發(fā)射一束電子束，觀察粒子是如何分散的,，這完全等同于向一個有兩個狹縫的屏幕發(fā)射一束電子束,，使電子穿過狹縫，擊中另一個屏幕,?？茖W家們發(fā)現(xiàn)了不尋常的現(xiàn)象,電子束擊中的屏幕時,一系列的特征條紋出現(xiàn),引起一波又一波干涉圖樣,這些特征線的光和暗色調,每次這種模式似乎是因為有一波行為。

首先,，很長一段時間被認為是波的光,，有時表現(xiàn)得像粒子，現(xiàn)在電子,，很長一段時間被認為是小粒子,，現(xiàn)在表現(xiàn)得像波。光可以同時是波和粒子,，或者不一定必須同時是波和粒子,，這太瘋狂了，但是可以隨意地說它是疊加態(tài)的,，它可以改變它的形態(tài)“從一個形態(tài)到另一個形態(tài),，這使得量子物理學變得瘋狂，同時也非常有趣。

單個電子也可以形成干涉條紋

以電子為主角的雙縫實驗,，還有一個比以前更不尋常的秘密。這個實驗在世界各地的不同實驗室重復了幾次,，甚至向兩個狹縫發(fā)射一個電子,，觀察到每個單獨通過狹縫的電子都有助于波干涉圖案，這導致我們得出一個單一的結論:電子的行為必須像波一樣,，因此,，它同時通過兩個狹縫。但是我們仔細考慮到下這個問題,，一個電子發(fā)射同時穿過兩個狹縫,，擊中后屏，留下可見的干涉圖案,。這怎么可能,？太瘋狂了。

尼爾斯·玻爾：“對量子理論不感到震驚的人,，是因為他沒有理解”,。

玻爾和同事創(chuàng)立“量子力學”，解釋電子的行為

為了解釋實驗的奇怪結果,，尼爾斯·玻爾和他的同事創(chuàng)造了我們現(xiàn)在所知的“量子力學”,，記住量子物理不同于量子力學。量子力學告訴我們這樣的事情:我們不能把電子描述為一個物理物體,，我們唯一能描述的是可能性,，電子可能在哪里。有那么一會兒,，我們忘記了電子是一個粒子,，也是一個波，讓我們把這些術語從我們的腦海中抹去,，現(xiàn)在我們必須用量子力學的方式思考,，從概率的角度思考，不知何故,，一個“概率波”正穿過兩個縫隙,，就像一個波一樣產生干擾，然后當它到達屏幕時,，可能性波幾乎像幽靈一樣變得真實,，也就是說，電子離開概率狀態(tài),，變成一個粒子,。

為了理解這有多奇怪，讓我們做個小小的類比:如果我旋轉一枚硬幣,，它看起來模糊不清,，我們無法分辨它是正面還是反面，此時我們可以說它是兩者的結合,，但是會發(fā)生什么呢,？如果我讓硬幣停下來？,，我迫使貨幣保持單一狀態(tài),，要么正面，要么反面,。以前人們不知道硬幣處于什么狀態(tài),，因為這是正面和反面的結合，但我一停止,，硬幣就做出了決定,。

?這就是尼爾斯·玻爾和他的同事所說的電子正在發(fā)生的事情，當硬幣轉動時,，它可能是正面和反面,，因為一個狀態(tài)還沒有被定義，同樣地,，電子的概率波同時通過狹縫。然后概率波到達屏幕,，這時電子做出決定,，變成一個粒子。玻爾聲稱,，直到觀察到電子,，人們才能知道它真正在哪里，不僅電子的位置是未知的,，而且奇怪的是,，它好像在同一時間無處不在。

哥本哈根詮釋打破了人們的現(xiàn)實性

請記住,，電子是現(xiàn)實中最常見和最基本的組成部分之一，然而,，玻爾說,，只有當我們觀察它時，我們才能把它的位置變?yōu)楝F(xiàn)實,，這就好像我們和世界量子之間有一道屏障,，在它后面沒有確定的現(xiàn)實,，只有潛在的現(xiàn)實。只有當我們沖破障礙觀察時,，事情才會變得確定,；這種觀點對他來說是再清楚不過的哥本哈根詮釋。阿爾伯特·愛因斯坦和其他人一樣討厭這種解釋,，甚至說了一句科學界非常著名的話:當我看不見月亮時,，它就不存在嗎？,。這位德國物理學家非常不同意,，因為玻爾限制知識，甚至認為量子力學還夠完善,，應該有更好的理論,。幾年來，這些物理巨人一直在爭論量子力學是否包括放棄現(xiàn)實,。

量子惡魔——局域性的爭論

?然后,，納森·羅森和波里斯·波多爾斯基加入阿爾伯特·愛因斯坦的行列，在他們的爭論中支持愛因斯坦,，他們甚至認為他們已經找到了解決愛因斯坦-玻爾辯論的方法,。這些物理學家確信，他們在哥本哈根解釋中發(fā)現(xiàn)了一個致命的缺陷,，他們聲稱現(xiàn)實在被觀察時會改變,。

• EPR佯謬

愛因斯坦爭論的中心是量子力學的一個方面，叫做:量子糾纏,。這種糾纏是一種有兩個粒子的關系,，當兩個粒子同時被創(chuàng)造出來時，它們的許多性質就永遠聯(lián)系在一起,，不管它們在哪里,。

還記得貨幣變化的類比嗎？讓我們做同樣的類比,，但是這一次我們將使用兩個硬幣,，當我們停止一個正在旋轉的貨幣時，這個貨幣表現(xiàn)為正面,，因為硬幣通過糾纏連接,，第二個硬幣將自動變成于第一個貨幣相反的狀態(tài)。這就好像硬幣通過空間和時間秘密地交流,，不管它們有多遠,，這個動作是瞬間發(fā)生的,，也就是說，超過了光速,，這被稱為EPR悖論,，與相對論相悖。愛因斯坦稱這是“遠距離的幽靈行為”,，并聲稱這是哥本哈根解釋的一個錯誤,。

• 愛因斯坦對超距作用的解釋

愛因斯坦沒有把量子粒子想象成一對旋轉的硬幣,，它們更像是一副手套,，左右分開，分別裝在兩個盒子中,。我們不知道哪個盒子里裝的是哪只手套,，直到我們決定打開一只，就在我們知道盒子里裝的是哪只手套的時候,，例如,，左邊的那只，我們會自動知道另一個盒子里裝的是右邊的手套,。

愛因斯坦基于現(xiàn)實性,、局域性和因果論給出的這個類比并不需要任何“遠處幽靈般的作用”，觀察者沒有改變任何手套,，從一開始就左右兩邊都已經確當存在,，這個類比改變的是我們的認識。所以有一些問題,，比如:現(xiàn)實的真實描述是什么,？，你如何不用看就能檢查某樣東西是否真實,，某樣東西是否存在？

貝爾不等式為愛因斯坦的現(xiàn)實性,、局域性敲響了喪鐘

約翰·貝爾在正確的時間回答了所有的問題，設計了一個偉大的方法來解決量子力學引起的所有問題,，貝爾的想法是:每個粒子通過空間和時間向另一個粒子發(fā)送秘密信號,，挑戰(zhàn)我們所知道的一切，我們必須接受在量子世界中,，現(xiàn)實是不可知的,。貝爾把他的想法簡化成一個數(shù)學方程。

∣Pxz-Pzy∣≤1+Pxy

?這個方程必須通過實驗來驗證,，甚至,，每一個理論和每一個思想,，都需要用真實的結果來驗證，一個簡化的數(shù)學方程是不夠的,，你需要計算來驗證已經提出的一切,。

終結世紀爭論的測驗

1972年，理論物理學家約翰·克勞薩做了量子力學的第一次真正的測試,，它由一種晶體組成,，這種晶體將激光轉換成產生兩條非常精確光線的光子，然后繼續(xù)測量光子的性質,，即偏振,。一個監(jiān)視器顯示了獲得的不同結果，并用貝爾方程代替它們,，許多人獲得了意想不到的結果,，德國天才阿爾伯特·愛因斯坦錯了，這給了尼爾斯·玻爾勝利的機會,。這兩個光子具有糾纏的性質,，不可能從一開始就被選中，而是只有當我們觀察或測量它們時,，它們才開始存在,。

一些奇怪的東西把光子通過空間和時間聯(lián)系起來,，一些我們無法解釋的東西,，更不用說想象了，我們擁有的唯一手段就是數(shù)學方程,，最奇怪的是光子只有在我們觀察它們時才是真實的,。所以，我們可以回應愛因斯坦:當我們不觀察月亮時,，它就不存在,。毫無疑問，這違背了常識,，是不合邏輯和完全奇怪的事情,，但是你必須有耐心，并且認識到這是量子力學,，在亞原子層次上,，事物的行為與宏觀世界不同，它們是完全不同的尺度,，由概率的法則控制,。

貝爾不等式的不成立為量子力學提供了實驗依據(jù)，接下來的問題就是,，亞原子世界和我們宏觀世界為何是兩種不同的世界,。我們宏觀世界是否具有不確定性,，這為我們引出了一個更加神秘的宇宙觀：平行世界。