量子不神秘，也非玄學

自從中共中央政治局就量子科技研究和應用前景舉行第二十四次集體學習的消息播出之後，量子科技激起了一波話題熱潮；並且，量子科技相關股票，也迎來了一波上漲。不論是投機的還是投資的，都在這一波熱潮中有所獲益。

不過，對量子世界的淺薄認知，也使得很多人將量子與哲學、玄學聯繫在一起，似乎懂了量子科學，就打開了新世界的大門。

本文試圖通過淺顯的解釋，帶領各位讀者認識目前科學家們探索的量子世界，揭開量子世界的玄學面紗。

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首先解釋一下量子的概念，它與「經典」相對應。比如量子力學之於經典力學，比如「微觀」之於「宏觀」。它描述的是原子及比原子還小的微觀世界的物理現象，研究的是質子、中子、電子、夸克、光子等微小粒子。

在量子世界中，傳統的觀測手段都失去了效用，科學家們尚沒有找到更為有效的方法來實現對量子世界的觀察。

主要原因就在於，我們目前能夠實現的所有觀察手段（從天文望遠鏡對宇宙的觀察，到電子顯微鏡對分子級物質的觀察），都是通過光、電子等作為媒介，與被觀察對象發生反應，從而實現觀察的目的。比如，我們觀察一輛火車的運動，是火車將光漫反射到我們的眼睛內，然後經過神經反應，在我們的大腦中形成影響。

整個過程中，光（或者叫做光子）實現了信息的傳遞，但對火車並沒有什麼影響。所以，不論多少光子打在火車上，並經過火車反射到我們眼睛中，都不會影響火車的運動軌跡。

經典力學因此會在宏觀世界中成立。

但是，在量子世界中，在對光子、電子、甚至夸克的研究中，科學家們並沒有找到既可以對光子、電子進行觀察，又不會影響它們的狀態的媒介。

甚至，很多科學家相信，量子世界中的很多粒子已經接近不可再分，我們永遠不會找到可以對量子世界任意觀察，卻不會改變其狀態的媒介。

基於此，人類對量子世界的認識，可能會永遠停留在盲人摸象階段：發現的所有現象都是事實，但永遠也不會看到量子世界內部的真實場景。

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想要對量子世界有相對比較正確的認知，我們首先要做的就是忘記義務教育中關於原子分子的知識。

上圖所示為碳原子模型，它質子、中子和電子的形狀是球形，是粒子狀態；但在量子世界中，卻並非如此。科學家們發現，原子、電子、光，既有粒子的屬性，又有波的屬性。

想像一下，碳原子內部是一個原子核，外部的電子則是以波的形式存在的混沌狀態，只有檢測的時候，它才會以粒子的形式從軌道的某一處顯現出來；平時則是以波的形式存在在軌道的任意一點。

PS：需要說明的是，任何物質都具有波粒二象性的特徵。

1924年，德布羅意基於這一現象提出了物質波的概念，即一切宏觀粒子都具有與本身能量相對應的波動頻率或波長，也叫德布羅意波長。

λ=h/p，其中p：動量， λ：波長，h：普朗克常量，h=6.626×10-34m2·kg/s；

它將粒子和波的特性統一起來，並告訴我們，現實世界中的一草一木，除了有體積、質量、速度等粒子的屬性外，也具有波長、頻率等波動的屬性。

只不過波長相比其他的宏觀尺度太小，我們無法觀測罷了。

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科學家們在追尋粒子的波粒二象性本質的時候，發現了一個新的問題，就是：沒有辦法同時確定電子的位置與動量（p=mv），即，在其他條件不變的情況下，當你確定電子的位置時，就無法確定它當時的速度，反之亦然。

換句話說，在測量之前，電子可能會出現在任何位置，但在測量的一瞬間，電子坍縮為某一個確定的位置。這被稱為波函數坍縮。

結合波粒二象性，或許就比較好理解：在測量之前，電子以波的形式存在於它所有可能的區域；而在測量的一瞬間，電子就會以粒子的狀態出現，並被我們測量到。電子的測量之前的狀態被稱為電子的量子「疊加態」。

1992年，物理學家施特恩和格拉赫做了一個實驗，他們將一束銀原子射線穿過不均勻的磁場，最後觀測到射線分成兩束。這說明同類原子也存在不同的特質。粒子的這一特質，被稱為自旋。

自旋是粒子的內稟性質，與生俱來，不可改變。很多人將它比作是地球的自轉——有點類似但完全不同。地球自轉是連續的且可持續的，但粒子的自旋卻是量子化的。單一原子、電子或光子，都帶有正半奇數（1/2、3/2等等）或含零正整數（0、1、2）的自旋。

如果把自旋理解為粒子的自轉，就會掉進很大的坑，畢竟當我們把它比作自轉時，就忽略了粒子所具備的波的特性。

同樣，自旋也服從「疊加態」。測量前，自旋狀態為「+1/2」和「-1/2」的概率可以各為50%，也可以是80%和20%，49%和51%，就像水塘裡的魚一樣，你永遠猜不透它現在在哪裡。

關於疊加態的解釋，量子理論界大佬薛丁格始終無法接受，於是提出了「薛丁格的貓」的思想實驗，以說明其荒謬性。

薛丁格本想藉此說明，量子理論中的「疊加態」是不存在的；結果卻訛傳成，在量子世界中，貓可以同時處於生和死兩個狀態。

結果，玄學大佬們不聽，認為薛丁格的貓就是方生方死，方死方生……

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針對量子世界中的種種反直覺的現象，科學家們起了爭執。他們分成了兩派，一派是以波爾為代表的哥本哈根學派，人數佔優，另一派是愛因斯坦、薛丁格、德布羅意。爭論的核心則是，量子世界中的不確定性原理。

愛因斯坦相信，一定存在某種隱變量，無法感知又確實存在，是它的影響導致了「疊加態」看似成立，一旦我們找到了這個隱變量，我們就能很輕易知道測量前的粒子狀態。

但哥本哈根學派以及後續的很多試驗告訴我們，這個「隱變量」不存在。

為了駁斥哥本哈根學派，愛因斯坦和另外兩位科學家設計了一個新的思想實驗：一個不穩定的大粒子衰變成兩個小粒子（A和B），分別飛向兩個不同的方向，並假設A自旋為「上」，那麼根據守恆定律，無論相距多遠，只要沒有外界幹涉，它們的速度永遠相等反向，自旋取向也永遠相反。

此時，由兩個人（甲和乙）分別對兩個例子測量，其中，甲可以精確測量A的速度，根據能量守恆，就可以知道B的速度，同時，乙可以精確測量B的位置。這樣，就違背了「不確定原理」。

愛因斯坦的這個思想實驗中的兩個粒子相互糾纏的現象，被後來的科學家通過實驗證實，的確存在量子糾纏現象：處於相互糾纏的兩個粒子，一旦測量其中一個粒子的狀態，另一個粒子似乎總能瞬間「感知」到第一個粒子的狀態，並調整到與之相對應的狀態，無論距離相隔多遠。

量子糾纏，已經到了目前科學研究的前沿領域，尚沒有一個令人滿意的解釋。

根據科學家能解釋的劃歸到科學領域，科學家解釋不了的劃歸到玄學領域的原則；量子糾纏也肯定和玄學、精神世界、靈魂等等有關係。

關於量子糾纏的探索仍在進行，但基於量子理論的一些應用，比如量子計算機、量子通信正在不斷取得突破。

有一段時間經常會看到量子時代到來後，傳統的計算機將被量子計算機所取代……

嗯……也別想太多，從目前來看，量子計算機在某種程度上可以彌補當前經典計算機的一些不足，但是做不到替代，它的應用領域不會是終端消費者。如果有人告訴你，未來人人一臺量子計算機，那基本上就是忽悠。

不過，量子通信技術的實現，對國家和個人的信息安全，確是有極其重要的意義。它會讓網際網路洩密、監聽成為歷史。

至於具體的技術原理和實現手段，太複雜，作者也沒有完全看明白，就不說了。