原創 金誠 央視網 收錄於話題#煮酒26個
宇宙的盡頭是什麼？
奇異博士？
蟻人？
還是
鋼鐵俠？
其實
都有可能
但也都無從斷定
但是
他們共同將我們引向
一個詞 「量子」
前不久，我國量子計算機「九章」問世，200秒就能解決過去6億年的計算，遠超谷歌，成世界第一，厲害之處是構建了76個光量子的「量子糾纏」。
民間故事裡有個「嶗山道士」，他可以穿牆而過，你以為這是騙術？量子力學中，「穿牆術」竟然是真的，叫「量子隧穿」。
《復仇者聯盟》中，奇異博士「看」到與滅霸決戰的14000605種結局，其中，只有唯一一次勝利的可能。這1400萬種結局，相當於穿越到1400萬個「平行宇宙」。而且，這唯一的勝利，是英雄們藉助蟻人的量子設備「穿越時空」，改變過去，扭轉戰局。
左圖：奇異博士；右圖：復聯英雄時空穿梭。
來源：《復仇者聯盟》
這些匪夷所思的概念背後，正是量子力學。
俗話說，「遇事不決，量子力學」，今天，從半導體到核聚變，從光合作用到DNA修復，量子力學是當代前沿科技和世界運行的底層邏輯。
連金融巨鱷索羅斯也把自己的家業叫做「量子基金」。與此同時，從「量子波動速讀」到「量子算命」，從「量子推拿」到「量子治痛經」，大量的「量子+」騙局也大行其道。
量子世界，真的這麼神奇嗎？
是的，會徹底顛覆你的傳統認知。而且，很有必要來一場「時空穿梭」，知曉真量子，鑑別假量子。
接下來這篇文章是有點燒腦的，我們不得不進行善意的提醒。
如果不信，請看量子論創立者——普朗克在研究量子前後的對比照，把一個活脫脫的美少男變成了凌亂的毀容大叔。
左：研究前的普朗克，右：研究後的普朗克
幽靈來了
時光倒流兩個甲子，即120年前的1900年。
當時，世間萬物從銀河系的星空，到人類腳下的塵埃，都被牛頓的「萬有引力」所馴服，安安靜靜、有條不紊地運行著。太陽系海王星的發現，更加固了牛頓力學的堅不可摧。人類已經自信地認為掌控了力、熱、光、電、磁等所有自然的規律。
經典物理帝國，進入全盛時代。
1900年4月27日，倫敦天氣，乍暖還寒。阿爾伯馬爾街皇家研究所裡，世界最有名的科學家們齊聚一堂。76歲的學術泰鬥開爾文男爵發言了：
「世界運行的一切原理都已經被發現了，物理學盡善盡美，再也不可能有任何突破性的進展了！
But，物理學燦爛無比的天空中還漂浮著兩朵烏雲——『以太問題』和『黑體輻射』，未能得到解釋。」
氣氛開始凝重起來，接下來如黑雲壓城、城欲摧。
這時，普朗克登場了。
且說大學選專業的時候，頗有音樂天賦的普朗克，跟導師祖利說：「老師，我想學物理。」
老師說：「別，孩子，學物理不好找工作啊，它盛宴已過，沒有空間了，何必浪費時間在上面呢？」
普朗克說：「我就是感興趣。」
老師搖搖頭：「哎，去吧，可惜德意志失去了一位優秀的音樂家。」
1900年時，鑽研「黑體輻射」多年的普朗克已經42歲，過了不惑之年，還沒找到答案。命運開始對他發笑，老師的話一語成箴，普朗克的物理前途似乎真的沒多少空間了。
一天，百思不得其解的普朗克，乾脆破罐子破摔，心想「我是否先不考慮背後的物理原理，而是在數學上先湊出一個『黑體輻射』的公式？」
於是，普朗克三下五除二，竟然真的蒙出來了！即著名的黑體方程和神奇的「普朗克常數（h）」。要說這「普朗克常數」有多厲害呢？在整個宇宙數字中可以排名前3，另兩個是牛頓的萬有引力常數G和相對論中的光速c。
普朗克最重要的思想貢獻是指出「能量在發射和吸收時，不是連續的，而是一份一份的」。這又有啥了不起的？你只需知道，該觀念顛覆了伽利略、牛頓以來，關於一切自然現象是連續不斷的論斷。從此，不連續、不確定的世界觀誕生了。而這一份一份的東西，普朗克稱之為：
量子。
12月，普朗克發表他的理論成果，如同打開潘多拉魔盒，釋放了「量子」這個沉睡億萬年的幽靈，「量子力學」正式誕生。開爾文口中的一朵烏雲，就這麼引發了一場極微觀的革命。
但是，此時的普朗克，並不能解釋「一份一份的」能量，意味著什麼。
道破天機者，此時還是個求職無門的小愛同學，5年後，他左手寫出「光電效應」，解釋了普朗克的困惑，成為量子論的另一開創者；他右手寫出「狹義相對論」，趕跑了開爾文的另一朵烏雲，掀起了極宏觀的革命。（參見《牛頓啊，請原諒我》）
令人意想不到的是，量子思想是如此之離經叛道，普朗克和愛因斯坦，不久後將變成量子論的堅決反對者，革命者本人成了反革命者！
更令人意想不到的是，不認可量子規律，將成為愛因斯坦一生最大的「敗局」。
雙手握無限，
剎那是永恆。
20世紀科學上最偉大論戰
大家應該讀過這麼一首英國小詩：「一沙一世界，一花一天堂；雙手握無限，剎那是永恆。」
人們驚嘆此詩的想像力。
但如果你回到1913年，28歲的丹麥青年玻爾大概率會告訴你：一沙一世界，這是真的。
打個不嚴謹的比方，如果把原子這枚粒子，放大10的30次方倍，就相當於一個銀河系；一個原子，包含了整個宇宙，是一個宇宙的「全息胚」。
這一年，玻爾提出原子構造模型，宣告了量子力學進入「青年時代」，他開創了著名的「哥本哈根學派」，成為全歐洲的學術中心。玻爾憑此成就，成為了量子屆早期「三巨頭」：普朗克、愛因斯坦、玻爾。
玻爾模型簡圖，在教科書和國際機構中還廣泛使用。
接下來，玻爾與愛因斯坦的大論戰，是幾個世紀來科學史上最了不起的論戰。
1927年10月底，索爾維會議召開。
「索爾維」的名字你可能沒聽過，但是愛因斯坦、居裡夫人、普朗克、玻爾、薛丁格、海森堡這些人你一定聽過，他們都來了。下面這張合影，被稱為人類歷史上智商最高的一張合影，29人中共有17人獲得諾貝爾獎。
1927年索爾維會議合影
他們分為三派：
一，哥本哈根一派，由玻爾領銜，支持者波恩、海森堡、泡利等；
二，愛因斯坦一派，支持者有德布羅意、薛丁格等；
三，實驗派，暫且略過。
一群「小將們」就前沿物理問題唇槍舌戰、你來我往幾個回合之後，沒有結論，互不買帳。於是，討論很快指向了幕後的真正大佬，愛因斯坦和玻爾的對決。自此往後，這場決鬥延續了近30年，若干回合，直至兩人先後去世。
來看其中最重要的三次交鋒。
【1】第一次交鋒：愛因斯坦攻擊「海森堡不確定性原理」。
「不確定性」是量子世界的本質。假設你站在原子核上，把電子當做月亮，此時，你眼中的月亮將同時出現在所有位置，而且，月亮以各種速度在同時運動。在微觀世界，「月亮」成了一團雲霧，被稱為「量子疊加態」。
所謂疊加態，就好比你在聽交響樂，在一組聲波中，同時聽到幾種不同的樂器聲。
圖：電子疊加，來源：wikimedia commons
但這種觀念，是對「確定性」和「因果律」的顛覆，衝擊著愛因斯坦的信條。
一頭亂髮，掩不住愛因斯坦的自信。現在，他放大招了，用最擅長的招數——「思想實驗」。他用彈簧和遮光板設計了一個「單縫實驗」，輕鬆否定了不確定性原理（證明過程略去）。
玻爾急忙召集哥本哈根學派的戰友，一起吃飯，一起琢磨，準備「三英戰呂布」。突然桌子一拍，「有了，愛因斯坦犯了前提錯誤。」
就是，你怎麼能用宏觀世界中的彈簧，去攻擊微觀量子世界的電子呢？愛因斯坦混淆了兩個世界不同的運行規律啊。
愛因斯坦先輸一回。
【2】第二次交鋒：繼續攻擊「不確定性原理」。
愛因斯坦吸取了上次犯低級錯誤的教訓，重新設計了一個「光盒實驗」，論證了同時可以測定光子的速度和質量，不確定性還是錯了。
這一招，沉穩老辣。
在回賓館的路上，愛因斯坦笑容滿面，大步流星，而玻爾大驚失色，亦步亦趨，勸說道：「你可不能設計這個實驗啊，否則，量子力學可就完蛋了。」（見下圖）
愛因斯坦說，走著瞧吧。
玻爾急忙召集本派的隊友，再次一起吃飯，一起琢磨。憋了一晚，大腿一拍，「有了！你測重需要彈簧伸縮吧，根據你的廣義相對論，彈簧一上一下，意味著高度不確定，也就是質量不確定，進而時間不確定。不確定性原理，還是對的！」
玻爾這招叫做「以彼之道，還施彼身。」
愛因斯坦再輸一回。
【3】第三次交鋒：鬼魅般的超距作用
1935年，愛因斯坦等人提出了一個「EPR佯謬」說法。
打個比方，假定愛因斯坦和玻爾兩人形成了「量子糾纏」狀態，情緒是相反的，玻爾開心，愛因斯坦肯定難受；玻爾難受，愛因斯坦肯定很爽。但是他們相距千裡，一個在美國，一個在丹麥，如果你問了其中一人，就能瞬間斷定另一人的心情好壞，有點像人們常說的「心靈感應」。
愛因斯坦說，「這不可能，因為違反了我的相對論，任何物體（信息）都不能超光速，除非世間有『鬼魅般的超距作用』。」
這次，玻爾大腿拍腫了都招架不住，唯一能做的就是承認量子世界是一種超越空間的存在。直到他去世前，還畫著與愛因斯坦的論戰實驗圖。
愛因斯坦暫且「贏」了。
因為幾十年後，多國科學家（包括中國）用精巧的實驗，反覆證明了「鬼魅般的超距作用」的確存在！真是見鬼了。
隨機性和超距作用，是量子力學讓人不得不接受的兩個硬事實。
愛因斯坦有著嚴格的經典世界觀，堅持探究世界的本源，認為「上帝不擲骰子」；而玻爾反擊，「老愛，你不要告訴上帝該怎麼做。」後者是一種「不要問我從哪裡來」的世界觀。
如果請尼採來給兩人當裁判，尼採也會宣布：「上帝死了。」
愛因斯坦，死不瞑目！
冥冥之中，宇宙似乎是一個整體，任何一個行動都會立即影響到其他所有的事物，背後這個超越時間、空間感知的東西，叫做：「波函數」。
有意思的是，寫出量子運行波函數的是一位「擼貓」大師，現在，科學上最著名的「萌寵」要隆重登場了。
薛丁格的貓
薛丁格是誰？
這可不是中國人，跟什麼薛之謙、薛兆豐、薛寶釵都沒關係。他是奧地利人，參加過一戰，研究物理，還開創了現代生物化學。他的感情生活和貓一樣神秘，沾花惹草，緋聞不斷。
不可思議的是，他在1925—1926年的一段長達5個月的婚外情中，創立了「薛丁格波動方程」。這個方程有多牛呢？在量子力學中，地位相當於牛頓定律在經典力學中的地位，人稱「情慾的大爆發」。
圖：薛丁格創立波動方程之處——赫維格別墅，來源：《上帝擲骰子嗎？》
有一天，薛丁格在家「擼貓」，竟然擼出了科學史中最好玩的思想實驗：
假設把一隻貓和一個量子裝置關在盒子裡。裝置裡有一個放射性原子和一個毒藥瓶。如果原子衰變，就會把毒藥瓶打破，把貓毒死；如果它不衰變，毒藥瓶就不會破，貓就繼續喵喵叫。
圖：薛丁格和貓，來源：《宇宙探索未解之迷》科普片
打開盒子之前，由於原子處於衰變和沒有衰變的疊加態，貓也處於死貓和活貓的疊加態。要注意的是，「既死、又活」只是一種狀態，不是兩種狀態。
這怎麼可能？沒錯，薛丁格也覺得不可能，他原本是用貓來反對前面玻爾一派的，即把微觀世界的量子效應給放大到了宏觀世界，矛盾自現，因為宏觀中的貓怎麼可能「既死、又活」呢？
愛因斯坦看到這個實驗後，非常高興，寫信給薛丁格說：「貓……以最優雅的方式駁斥了哥本哈根解釋。」這一次，讓玻爾夠扎心的。
「悲劇」的是，幾十年後的科學實驗證明量子世界中，像「薛丁格的貓」這樣的東西是存在的！於是，哥根本哈根學派還是主流。
愛因斯坦，又一次「死不瞑目」。
貓到底是死是活呢？打開盒子「測量」才知道。當你打開盒子的一剎那，「既死、又活」的狀態就消失了，變成了或者死、或者活，一切回歸正常，這個過程叫「波函數坍縮」。
這個觀念是不是有點熟？沒錯，中國先哲王陽明早就說過：「你未看此花時，此花與汝心同歸於寂。你來看此花時，則此花顏色一時明白起來」，看來，我們老王也摸到了量子力學啊。
如今，薛丁格的貓在大眾中的人氣一路飆升，成為「萬能挭」、撩妹「神器」和量子力學代名詞。它還與芝諾的龜、巴甫洛夫的狗、莎士比亞的猴、洛倫茲的蝴蝶、拉普拉斯的獸、麥克斯韋的妖，並稱「科學界7大神獸」。
圖：《生活大爆炸》中，Sheldon講「薛丁格的貓」，讓Penny發懵。
現代科學乃至科幻中很多好玩的概念都可以從「薛丁格的貓」出發。
比如：平行宇宙。
「平行宇宙」理論解釋：打開盒子的那一剎那，宇宙分裂了，成了兩個不同的宇宙。其中一個宇宙中的你，看見了活貓；另一個宇宙中的另一個你，好奇害死貓。兩種可能五五開。無數個你，活在無數平行世界裡，經歷著不一樣的人生。
在奇異博士腦中，也是14000605種平行世界。
圖：平行世界命運簡圖，來源：Pinterest
不可思議的是，平行宇宙可不是猜想，它有嚴格的數學證明來成立！
再比如：量子計算機
我們知道，傳統計算機的基礎邏輯是二進位，要麼是0，要麼是1。但是，量子世界裡，把光子做成「薛丁格貓態」，轉變為「既是0，又是1」等多種疊加態，這有什麼好處呢？
舉個例子，現在，陸遜要破解諸葛臥龍的「八陣圖」，如果他對「休、生、傷、杜、景、死、驚、開」八門一個個地試，要迷住很久才能解出來。但假如他像孫悟空一樣分身疊加，每一個岔路都派一個分身同時去，只需要一次，就能找到出口，臥龍先生根本抵擋不住。
這叫做量子疊加態的「並行」計算，大大提升戰鬥效率。所以我國的「九章」能將6億年的計算縮短到200秒。
量子，正在重構世界運行的底層邏輯。
文明若毀，人類該留什麼話？
貓活著，還是死去？這是個問題。
死後在這裡，還是那裡？這也是個問題。
跟薛丁格一個級別的量子學家海森堡，他寫下了這樣的墓志銘：「我長眠於此，但我已在別處。」這就是量子論，世界充滿了不確定性。
到了20世紀下半葉，現代量子力學的領軍人物費曼提出一個更大膽的問題：
如果文明將毀滅，人類該留下一句什麼話？
這句話要儘可能簡潔，也要包含儘可能多的信息，後來者才能重造文明。費曼說，這句話應該是「萬物由原子組成」。怎麼理解呢？
1986年，大衛·科波菲爾來到北京表演穿長城。藉助幕布遮擋，他從長城的一邊鑽到另一邊，上演了真實版的「嶗山道士」，但這只是投影原理和視覺盲區的魔術，不是量子力學。
圖：大衛·科波菲爾表演「穿」長城
現實中，你在電梯裡接聽手機，電話很容易掉線，或者只有微弱的信號。這是由於電梯四周屏蔽了電磁波的信號，但這種屏蔽並不徹底，還是「放」了一丟丟信號進來，這是電磁波的「穿牆術」。
進入量子世界。現在，兩個帶正電的原子核，之間因排斥力形成了一道無形的「牆」，原本，在強烈的碰撞下，才能打破「牆」，發生核聚變；實際上，因為「量子隧穿」效應，在動能不足、溫度不高、概率極小的情況下，原子核施展「穿牆術」，核聚變也能發生。
於是，才有了太陽發光發熱，哺育了世間萬物。從水的形成，到光合作用，再到生命誕生，越來越多的自然現象，刨根問底下去，就一定會刨到量子力學。
那人到底能否穿牆？
根據薛丁格方程求解，理論上是可以「隧穿」的，但概率極低、極低、極低，他需要一刻不停的去撞牆，撞啊、撞啊、撞啊，從宇宙大爆炸之初撞到2020年，也很難撞出奇蹟。
一個終極問題，宇宙的起源是什麼？同樣離不開量子力學。
坐在輪椅上的「愛因斯坦」——霍金說，宇宙開始之前，處於一個「量子疊加態」，它可以演變成無數種歷史。突然，宇宙的「波函數坍縮」了，時間開始，暴漲發生。我們所在的宇宙，只是宇宙無數可能的中的一個而已。
主流的宇宙「暴脹理論」認為，廣闊的真空中，量子漲落的一次偶然隧穿，讓宇宙誕生之初經歷一次超級猛烈的膨脹。
圖：COBE衛星觀測到的「宇宙微波背景輻射」分布圖，稱之為「上帝臉上的皺紋」。這項發現獲得了2006年諾貝爾物理學獎，證明了宇宙大爆炸理論成立。
量子力學，可以「無」中生有。
可是，為什麼我們日常看不到量子現象？科學實驗已經發現，「薛丁格的貓」真的有疊加態，人也會有疊加態，只是發生了極快的「退相干」，你呈現的是粒子特徵，波動特徵消失了。所以「九章」量子計算機這樣的宏觀應用，關鍵一步就是防止「退相干」發生，要在嚴格的環境下「保鮮」才行。
也許，量子世界的諸多怪異行為才是真實的日常，我們的確生活在一個不確定性的世界中。
愛因斯坦說，「理論決定了你能觀察到什麼」。可怕的是，量子力學有十幾種解釋，世界只有一個真相，還是有無數個真相？本文的每一句話，可能都不是真相。
幸運的是，經過這次「量子」之旅，下次見到市面上什麼「量子波動速讀」之類的伎倆，你就不會覺得多麼玄幻、多麼高端了，這簡直是侮辱智商啊，薛丁格的貓也會死不瞑目的！
【參考文獻】
1. 《時間簡史》，霍金
2. 《上帝擲骰子嗎？》，曹天元
3. 《復仇者聯盟》系列電影
▼
關注央視網
©央視網
原標題：《愛因斯坦，「死不瞑目」》
閱讀原文