量子力学的新世界观

量子力学的新世界观

曾经有一刻，也就是古典物理学最辉煌的时刻，人们抬头仰望一切，几乎相信自己什么都懂了。

那是个伟大的时代，是由伟大的牛顿奠基的。他轻巧的写出牛顿三定律与万有引力定律，于是一个完整的物理世界观就构造了出来。

牛顿第一定律，给出了力的概念，说明了运动状态的改变是由于力的作用。这是一个根本上的认识。首先是抽象出来了一个非常重要的概念——力。无论是摩擦也好，是重力也好，是手推的也好，统统把这种作用抽象为力。这个力的作用也不会因发出者是活的，还是死的，而区分出“活力”和“死力”。甚至于神也不能例外。

牛顿第二定律，给出了力与运动变化之间的数学关系。这个公式简洁明了，充满美感，描述了力、时间、质量、空间之间的关系。在这个公式中，时空是绝对的，是不依赖于其它物事而存在，也不被其它物事而影响，像一把绝对的尺子，独立而客观的存在，而测量着处于其中的一切事物。

牛顿第三定律，说的是作用与反作用，说的是事物之间的联系。作用力与反作用力总是成对出现，而作用在相互联系的两个物体上。就像是打台球，白球在击打红球后，自身的运动状态也会被改变。不存在只影响对方，而不被反作用影响的。

万有引力定律，给出了事物之间天然的作用，只要有质量就会有的作用——引力。这传说一颗落在牛顿头上的苹果带来的灵感。这个定律把深邃宇宙与人间联系在了一起，原来遥远的星球也会受到我们的作用，我们是一个大的整体。天上地下所遵循的规律是一样的，都遵循着牛顿三定律。

后人循着牛顿的路，不断应用和验证着牛顿的伟大。当时的科学家认为科学的大厦已经建成，剩下的只是修修补补。而在牛顿的自然哲学观下，世界如同一个精密的时钟，每一步都按照牛顿定律精确的运行，只要知道了初始条件，就能预测每一个时间点的准确状态。不少人已经认为后面的工作就是准确到小数点后第几位的事。

这种乐观情绪从牛顿以降，一直持续到20世纪末。此时，物理的天空出现了两朵乌云。这两朵乌云都与光有关，一个是关于黑体辐射问题，一个是关于以太中速度测量问题。这两个问题在努力尝试后，都无法用牛顿古典力学来解释。牛顿的物理大厦开始动摇。

在物理学家的不懈努力下，一个崭新的学科出现了——量子力学。如果说牛顿力学还是符合人们生活常识的，那量子力学就难以理解了。费曼曾说，如果一个人不觉得量子力学费解，那他就不懂量子力学。你一定听说过薛定谔的猫，由于微观的量子态的多重叠加，可以使得一只猫的生死在未开门观测之前，也处于半死半活的诡异状态。如果你真的懂了这详谬在说什么，你一定会倒吸一口凉气，被这怪异情景吓到。

量子力学是如此诡异，可却出色的解决了物理学中诸多难题。光的波粒二象性就是其中一个。

一个东西既是粒子也是波，这听起来就是一件逻辑上矛盾的事情，怎么可能是真的。是的，这个观点在爱因斯坦提出来之前，应该是没人当真过。

其实光是粒子还是波，争论由来已久。早在笛卡尔的论著中，就提出了波和粒子两种假说。之后，波动学说在惠更斯和胡克等人的推动下，先取得了较大进展。而牛顿对粒子学说的支持，扭转了局势，让粒子学说占具了优势。这两种学说在发展过程中都各有长短，一直并存着。后来杨氏双缝实验以及之后的波动学说发展，重新建立了波动学说的优势。就在粒子学说奄奄一息的时候，光电效应的发现给了波动学说打击。直到光量子学说的提出，爱因斯坦给出了波粒二象性的假说，才结束了这旷日持久的争论。

再来看看，两朵乌云是怎么解决的。黑体辐射问题就是光量子学说的来源。普朗克在采用了量子假设后，才成功解决了黑体辐射。而迈克尔逊干涉实验，未测到以太，而发现光速恒定。触发了爱因斯坦的灵感。麦克斯韦方程是如此伟大，当古典力学轰然倒塌的时候，当相对论与量子学说建立起来的时候，它依然屹立不倒。爱因斯坦认为麦克斯韦方程是如此基础，认为它应具有参考系的相对不变性。也因此，光速在不同参考系下是不变的。

法国王族德布罗意把光的波粒二象性，进一步推广到了所有物质，认为物质都具有波粒二象性。至此，量子力学就有了雏形。

此后，海森堡从粒子性角度建立了矩阵量子力学，提出了测不准原理。薛定谔从波动性角度建立了量子波动方程。有意思的是，这两个表面上看起来完全不同的理论，却都能得到正确的解。后来，薛定谔证明了两个理论是一致的，是一个更本质理论的两个侧面。

而薛定谔自信满满地提出波动方程，并下注自己将获得诺贝尔奖时，他其实并不清楚自己方程中的波是什么波。直到玻恩证明了这些波是几率波。

当爱因斯坦说出上帝是不会掷骰子时，玻尔说不要告诉上帝他应该怎么做。而当这世界充满了几率波时，量子力学其实在说，这世界就是个赌场，里面的一切都是骰子。

物质并非真的既是粒子又是波，而是更像一包包各自独立的能量，在量子跃迁的怒潮中从一处奔向另一处，在几率波里起起落落。

而几率波是不能被直接观测到的。几率波应该是这样一个东西，当不被观测时，物质处于潜在态，各种量子态同时存在并彼此正交，如同幽灵一样叠加在一起而又虚无飘渺。而当观测发生时，量子态会瞬间坍缩成一个确定的状态，而其它的量子态如同没有存在过一样。

物理学的发展一直以客观为基础，而观测者效应却把主观意识送上了舞台。至此，不但测不准原理告诉我们，观测的精度是有极限的，超出极限的部分对人是没有意义的。而且观测行为成为了物理过程中的重要环节，而这个观测行为得是意识做出的，而不是冷冰冰的机器测量。

物理学已经发展到了新的阶段，站在了新的门口，门内展现出之前未曾想象到过的奇异图景。物理学一直努力当干扰因素来排除的主观性，突然成了主角。物理学似乎是被迫来到了一个一直刻意避开的领域，让人有种手足无措的感觉。可当我们正视现实，放下成见，我们就应该欣喜，物理学可能与意识领域携手前进，共同取得突破性的进展。