自從量子力學開始以來，就量子力學怪異而又成功的預測如何解釋，引起了激烈的辯論。這場辯論的核心和起源是量子躍遷：量子對象看起來如奇蹟般的瞬時間跳躍變遷。
量子躍遷是量子力學的基礎概念之一，這是由於原子中的電子從一個軌道或一個能級隨機瞬間地跳到另一軌道或一個能級，而不會佔據中間的空間。
「躍遷」這一詞現在社會、經濟、思想、心理等領域都得到廣泛運用，但其科學涵義只能用量子力學來解釋。
「量子躍遷」的過去：論爭初起
在量子力學開初，量子力學的主要創始人之一薛丁格並不贊同量子躍遷的想法，但一直也證明不了它是錯誤的。證明量子躍遷需要精確的測量，這在薛丁格時代是不可能的。
120年前，普朗克通過假設光是由不可還原的能量包構成的，從而成功解釋了被加熱物體產生的光的顏色，所謂的黑體光譜。
108年前，當玻爾著手解釋發射光譜時，一根簡單的氣體管通電後產生的鮮明色帶。他從普朗克的先前成功中取得了進展。玻爾對原子施加了類似的限制，他量化了電子能級，只能具有取決於元素的非常特定的能量。然後，電子將通過發射或吸收與能量差相對應的光子而在能級之間躍遷。結果是原子的玻爾模型，量子理論的首次嘗試，它非常巧妙地解釋了在氫發射光譜中觀察到的光的特定頻率。
玻爾的工作啟發了海森堡和薛丁格，他們在兩年後開發了初步完整的量子力學公式。最終，成功地預測了任何複雜元素的光譜，以及還有其它更多的現象。
但是有一件事仍然是神秘的，量子躍遷實際上發生了什麼？什麼決定了、與何時發生了量子躍遷？
為解決此類問題，玻爾和海森堡聯手開發了量子力學的「哥本哈根解釋」。這個解釋將量子態的躍遷描述為基本上是隨機的系統瞬間躍遷，「測量使波函數坍縮」。
這個想法並沒有打動波函數的發明者薛丁格。薛丁格在1926年造訪玻爾家，表示說：「如果所有這些該死的量子躍遷都真的存在，我感到抱歉，我應該感到遺憾我曾經參與了量子理論。」
薛丁格在那次訪問玻爾後因病臥床不起，也許他對量子躍遷的想法感到厭煩。但這並未打動玻爾，據說玻爾繼續以哥本哈根的觀點與當時可憐的病夫薛丁格據理力爭。
玻爾的努力也無濟於事。1952年，薛丁格發表了一篇分為兩部分的文章，題為「量子躍遷存在嗎？」（Are there quantum jumps?）其中，薛丁格聲稱量子躍遷是「人類思想的精妙構造」，但這並不是對自然的真實描述。
薛丁格為什麼不喜歡量子躍遷？簡而言之，量子躍遷似乎是不自然的，這增加了一個量子理論尚不能正確解釋現象的難題。關於量子躍遷的辯論只是有關現實的量子本質的較大討論的一部分，最著名的爭論來自愛因斯坦的名言：「上帝不會跟自然玩骰子」。
薛丁格也有他的觀點。他認為一切都歸結為波，與任何其他經典的波相比，這些波沒有什麼特別之處。他認為，大多數「怪異」的量子現象都可以用經典的波的振動來解釋。他認為，通過將這些基本振動模式，可以得到相同的發射光譜，然後可以將原子電子視為多個振動模式的疊加。
這意味著電子可以在每次躍遷期間順利通過一系列中間狀態躍遷，而不是經歷瞬時的量子躍遷。對於薛丁格來說，問題的很大一部分是玻爾和其他人正在利用許多粒子系統的行為來推斷粒子的行為。他認為，即使考慮單個粒子也是完全荒謬的，他說：「我們永遠不會只用一個電子或原子進行實驗。在思想實驗中，我們有時會假設我們會做。這總是帶來可笑的後果……」
「量子躍遷」的現在：論爭有個眉目
那是在1952年，從未見過由單個原子中的單個量子躍遷產生的單個光子。30年後到80年代，科學家認知了如何使用雷射捕獲和冷卻單個原子。1986年，幾乎同時，三個不同的研究團隊觀察到了這種原子的量子躍遷。
正如玻爾所預言的那樣，量子躍遷就這樣被證實了。看起來，薛丁格是錯的，玻爾是對的。
且慢，還不能下這個結論。儘管躍遷似乎是隨機的，但無法判斷躍遷是瞬間的、還是躍遷期間電子是否通過了某些中間狀態？
直到一年前，技術已經發展到不僅可以看到單個量子躍遷的程度，還可以監視躍遷的進展，甚至可以在躍遷中中斷它們。現在認知到，這不是一個實際的原子，而是一種由兩個超導電路組成的「人造原子」。科學家將這些人造原子置於類似於雷射的微波腔內，這可能導致這個「原子」狀態之間的躍遷。
科學家發現……不，這個躍遷不是瞬時的，而是在中間狀態上持續的過渡，這個過渡需要花費幾微秒的時間。這種過渡似乎可以用理論完美地描述，在這種情況下是量子軌跡理論。
問題是，事件的隨機性又如何呢？也許正如玻爾所想，事件之間的間隔確實是隨機的。但是就在每次躍遷之前，系統就開始以一種使人們能夠預測即將到來的躍遷的方式進行移動。這種預測能力還使人們能夠通過調整過程中的微波場來逆轉中途的量子躍遷。
考慮到量子躍遷的發生是可以預測的，並且其軌跡通過理論計算得到了很好的描述，因此科學家很想知道整個過程是否是由潛在的確定性機制而非基本隨機性驅動的。
問題是，這到底發生了什麼？就在幾個月前，一個理論物理學家團隊聲稱已經朝著弄清楚這一點邁出了重要一步。他們用稱為量子芝諾效應來解釋這種非瞬時的量子躍遷。用哥本哈根的術語來衡量系統的行為會使波函數崩潰，這將極大地改變系統的行為，例如，將系統陷於一種狀態。
理論物理學家們證明了量子態如何通過一系列疊加態可預測轉變，就像薛丁格所提出的那樣。但是除了這些可預測的量子躍遷之外，也還有根本上不可預測的躍遷。
目前，玻爾陣營和薛定陣營這兩個派別都各有新的不同證據支持。在相當長的時間裡，物理學家迴避具體哪個陣營的解釋是正確的這個問題。無論是哥本哈根學派的玻爾和海森堡的隨機、還是薛丁格等的連續而確定性的波，很多人只能歸結為這是哲學上的偏愛問題。
「量子躍遷」的將來：論爭遠未結束
量子躍遷的這場論爭並未結束。不同的是，與一個世紀之前玻爾和薛丁格提出的這個論爭相比，人類的認知走進了下一個量子躍遷的新時代。最基本的問題是：量子躍遷是離散的呢、還是連續的呢？量子世界是建立在基本隨機過程之上的呢，還是由時空的嚴格確定性機制驅動的呢？
量子躍遷依然是個謎，但可以肯定的是，人的認知永遠不會停留在一個水平上，總是會「有所發現、有所發明、有所創造、有所前進」。人類對「量子躍遷」的認知能否也來一番躍遷？但願如此。
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