詭異的量子力學(xué)，雖然誕生一百多年了，但直到今天科學(xué)家們也沒有完全弄明白其中的底層邏輯。量子世界實(shí)在太詭異了，有太多顛覆我們傳統(tǒng)認(rèn)知的現(xiàn)象，比如量子糾纏，波粒二象性，量子隧穿效應(yīng)，還有讓人費(fèi)解的電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。

如果說相對論顛覆了我們的傳統(tǒng)時空觀，那么量子力學(xué)完全顛覆了我們的世界觀，甚至我們熟知的因果律在量子世界也失效了。

量子力學(xué)的核心是不確定性，一切都是不確定的，只能用概率去描述，其實(shí)也就就是波粒二象性。那么波粒二象性到底該如何理解呢？為什么微觀粒子會具有波和粒子的特性呢？

什么是粒子特性呢？

說白了就是確定性，一個粒子就在那里，它的速度和位置都是非常確定的，就像我們宏觀世界的物體那樣。

而波的特性就是不確定性，粒子的波動性意味著隨機(jī)性，只能用概率描述。這種不確定性如果出現(xiàn)在我們的宏觀世界，甚至?xí)屓睡偪?。比如說此刻的你坐在沙發(fā)上靜靜地閱讀這篇科普文章，但如果我告訴你，你也可能同時在火星上，甚至可能在宇宙的任何地方，你是不是會徹底瘋了？

但這就是時刻在量子世界發(fā)生的事情，粒子的波動性意味著，一個微觀粒子可以同時出現(xiàn)在任何地方，我們只能描述在某個位置出現(xiàn)的概率。

為什么說微觀粒子具有波粒二象性呢？電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)是最好的證明。

相信很多人都聽說過這個實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程并不復(fù)雜，但對精細(xì)度的要求非常高，下面我們就一起了解這個實(shí)驗(yàn)。

科學(xué)家們用電子發(fā)射儀一個一個地發(fā)射電子，一開始擋板后面的屏幕上出現(xiàn)的是隨機(jī)亮點(diǎn)，這很好理解，因?yàn)槲覀儌鹘y(tǒng)認(rèn)為電子就是粒子，它穿過擋板的雙縫之后隨機(jī)集中屏幕上的某個位置。

但隨著發(fā)射的電子增多，擋板后面的屏幕上就會出現(xiàn)多條干涉條紋。這時候表現(xiàn)出的就是粒子的波動性。

干涉條紋的出現(xiàn)意味著電子穿過狹縫之后發(fā)生了干涉。但是單個電子怎么可能發(fā)生干涉呢？除非電子同時穿過兩條狹縫，然后自己與自己發(fā)生了干涉，沒有其他可能性！

這也太瘋狂了！單個的電子怎么可能同時穿過兩條狹縫？

這就是我剛開始說量子世界為什么如此詭異的原因所在，我們不能用傳統(tǒng)思維去衡量量子世界。更詭異的還在后面。

科學(xué)家們想知道單個電子到底是如何穿過兩條狹縫的，于是在擋板附近安裝了探測器，當(dāng)然不是我們平時用到的攝像頭，是一個復(fù)雜的電路系統(tǒng)，這里就不再詳述了。

結(jié)果不看不要緊，看完之后更懵逼了。只要科學(xué)家一觀測，電子就乖乖地穿過某條狹縫，屏幕上的干涉條紋消失，這表明電子呈現(xiàn)了粒子性。

而一旦不觀測，干涉條紋就會在線，這說明電子確實(shí)同時穿過了兩條狹縫，表現(xiàn)為波動性。

面對如此結(jié)果，科學(xué)家簡直無語了。他們又改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)，決定在電子穿過兩條狹縫之后再觀測，這樣就不會影響到電子的選擇了吧，干涉條紋也就不會消失。

但結(jié)果仍是一樣。無論他們何時觀測，只要事實(shí)觀測，干涉條紋就會消失。不觀測，干涉條紋就會再現(xiàn)。

科學(xué)家們十分不解：明明是電子已經(jīng)通過了狹縫，然后他們才觀測的。也就是說觀測在后，通過狹縫在前，后面的行為怎么會影響到之前的決定呢？

接下來科學(xué)家們又對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，也就是所謂的量子擦除實(shí)驗(yàn)。

這個改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)稍顯復(fù)雜。通俗來講就是利用光子的量子糾纏原理和偏振性，制造出兩個糾纏的光子A和光子B完成實(shí)驗(yàn)。

科學(xué)家們讓光子B穿過狹縫，然后不直接觀測光子B，而是觀察與之糾纏的光子A，這樣就能間接地神不知鬼不覺地獲得了光子B的信息。

之所以這樣做，就是為了避免觀測行為影響到光子B，于是決定用兩者的糾纏態(tài)間接獲取其信息。

但是結(jié)果仍然不如他們所愿。光子B好像早就識破了科學(xué)家們的陰謀一樣?？傊?，不管如何觀測，不管是間接觀測還是直接觀測，結(jié)果都是一樣的。觀測，干涉條紋消失。不觀測，干涉條紋再現(xiàn)。

到底該如何解釋微觀粒子的這種詭異行為？

目前主流科學(xué)界的解釋是不確定性，也就是波粒二象性，我們永遠(yuǎn)不可能同時獲取一個微觀粒子的速度和位置信息，只能用概率去描述，也就是所謂的波函數(shù)。

而波爾更是提出了互補(bǔ)原理，通俗講就是，微觀粒子的波動性和粒子性不可能在一次觀測中同時出現(xiàn)，兩者是相互排斥的，但又是有機(jī)的整體。

但無論如何，所謂的波粒二象性給人的感覺總是在回避什么，看起來更像是“中庸之道”，沒有說清楚為什么會擁有波粒二象性，只是強(qiáng)調(diào)波粒二象性是微觀粒子的固有屬性。

而物理學(xué)家德布羅意提出的物質(zhì)波概念讓人眼前一亮，他強(qiáng)調(diào)萬物皆波，波才是萬物的本質(zhì)，所謂的粒子性只是波的表象而已。

說白了，沒有所謂的粒子，只有波！波函數(shù)的表達(dá)也表明了這點(diǎn)，波函數(shù)意味著粒子可以在宇宙中任何位置，也就是具有全域性，而我們觀測到的粒子性，只是波函數(shù)坍縮讓粒子從全域性轉(zhuǎn)變?yōu)榫钟蛐裕ㄋ讈碇v我們只能看到某個局部而已！

在宏觀世界，之所以物體不會表現(xiàn)出波動性，就是因?yàn)橘|(zhì)量和速度實(shí)在太快了，動量太大，而波動性與動量成反比！