Question

量子力学是什么？

Answer 1

量子力学有一个重要理论，叫哥本哈根诠释。主要内容是：物体在没有被观察前，可以同时以各种可能的状态存在。这就是所谓的叠加态，有时也被称为波函数。要想知道物体处在什么状态，必须进行观察。它使波函数消失，也就是叠加态消失，物体呈现一种确定的状态。

有两个著名的量子力学实验——双孔实验和薛定谔的猫实验，都是围绕叠加态进行的。

双孔实验是在一块纸板上切出两个细长的孔。纸板的一边放置电子发射器，另外一边放置电子检测屏。当电子发射器一个一个地向双孔轮流发射电子时，电子检测屏上就会出现明暗相间的条纹图案，这与利用光做双孔实验的结果相同，说明每个电子都像光一样同时通过了两个孔。可是如果我们在两个孔旁边装上电子监测器，监测电子的实际运行轨迹。结果发现电子每次只是通过一个孔，原来那种只有电子同时通过两个孔才会出现的明暗相间的条纹图案也不见了，电子检测屏上呈现的只是电子通过一个孔时才有的图案。好像电子知道有人在监测它们，所以不再像原来那样行动。著名量子物理学家费曼指出，双孔实验揭示了量子物理学的核心，可是没有人知道这种现象的实质是什么！

薛定谔的猫实验是一种虚构的“思想实验”。这个实验的构想是：在一个密闭的盒子里，放置一块放射性物质、一套检测机关、一瓶毒药和一只猫。放射性物质什么时候发生衰变是事先无法预测的。一旦发生衰变，就会触发检测机关，打碎毒药瓶，继而将猫毒死。那么，在打开盒子观察前，盒子里的猫会是一种什么状态呢？按照常识来说，会有两种可能：猫可能是活的，也可能是死的；然而量子力学理论认为，这两种可能都同时存在，也就是说，猫既是活的，又是死的。这显然与人们的传统思维大相径庭。薛定谔的本意，是想通过这个实验证明这种观点的荒谬性。然而，随着时光的流转，“叠加态”的说法不仅没有被驳倒和摈弃，反而得到越来越多的理论和实验的支持。

可是，当人们打开盒子，明明看到的是一只活猫，或一只死猫。那么，怎么能够证明在打开盒子之前，猫既是活的，又是死的呢？在目前的量子力学领域，越来越多的人倾向于两种解释：

一种是“意识决定存在”。人们看到的活猫或死猫的“事实”，是人们进行了观察的结果，也就是人类意识的产物。是意识“创造”了“事实”，而不是事物的本来状态。任何事物在观察前和观察后都不是同一个样子。

一种是自然界存在多重宇宙。另外那些宇宙，也和我们所感知的这个宇宙一样真实，一样存在真实的物体和事件。那些宇宙中，还有许多个一模一样的你。不过有的可能与你的初恋情人结了婚（另外宇宙中也有你初恋情人的翻版），生活的十分幸福甜蜜；有的可能从事了你年轻时最喜欢的工作，而且事业有成……以薛定谔的猫实验为例，在打开盒子的那一刻，宇宙就分裂成了两个。在一个宇宙中，猫是活的；在另一个宇宙中，猫是死的。哥本哈根派所说的“叠加态”并未消失，只是存在于两个世界。就如同一条大河，在一座分水岭前分成了两条河；其中的一条又遇到一座分水岭，于是一条河又分成了两条河……自然界无穷无尽的多重宇宙，就是这样不断地永无休止地分裂而成的。

量子世界许多奇异的现象和理论，不仅令芸芸众生大为困惑，也让许多量子学者头晕目眩。恰如费曼所言：“从常识的观点看，量子力学对自然的描述是荒谬可笑的。但是它与实验完全吻合。因此我希望你能够接受自然是荒谬的，因为它确实是荒谬的。”另一位著名的量子物理学家普朗克也同样感慨道：“科学不能解答自然的最终秘密，这是因为归根到底我们自己就是一个需要解答的秘密。”

诚如斯言，我们人类本身就是一个大大的问号——我们是宇宙间全知全能的上帝，还是“上帝”眼里的大猩猩？我们看见的就是真实的吗？看不见的就不存在吗？我们究竟掌握了自然界的多少秘密？我们中间还有没有哥白尼和爱因斯坦……这些问题得不到明确的回答，宇宙对于我们就只能是一个深不可测的谜团。