預知未來？量子力學到底還有多少自然科學無法解釋的事情

要說科學史上最「毀盡三觀」的理論莫非近年來大量在高科技領域應用的量子理論所屬，量子的不可觀測性千絲萬縷指向了人類的「意識」，而量子力學裡最「毛骨悚然」的試驗肯定是量子雙縫幹涉試驗，隨著試驗的不斷完善和升級，更多更詭異的現象也逐漸浮出，甚至打破了時空可以預知未來，徹底擊破了人類自然觀的最後防線。

量子力學從誕生那天開始，其成因就無人能解，但這並不影響我們對量子理論定論和實際應用，只要我們經過試驗證明是正確的理論就可以實際應用，目前在原子核能、半導體、晶片、通訊等高科技領域都大量使用了量子理論，而我國準備打造的下一代新基建項目就以「人工智慧、衛星物聯網和量子時代」為基礎，全面實現高科技領域的從追趕到領跑的地位。

從某種意義上來說，任何人去了解量子力學，都不需要有壓力，因為我不明白，你不明白，費曼也不明白。——耶魯大學物理系教授Ramamurti Shankar

你不需要明白，你只要清楚量子力學能做些什麼就行了。現在我們就用最通俗易懂的語言來看看這個驚世駭俗的量子雙縫幹涉試驗以及它的升級版到底有多「恐怖」。

第一次試驗，顛覆了物體唯一性的常識，世界不再是「非黑即白」，「潘多拉魔盒」開啟。

我們知道這個世界所有事物都是具有唯一性的，你就是你，我就是我，玻璃不可能是金屬，死人不可能同時活著，但是量子世界顛覆了這一常識。

事情起源於1807年，託馬斯.揚實現了光的雙縫幹涉實驗，再次引發了光的本質究竟是粒子還是波的爭論，但此時的爭論仍局限在經典物理的範疇內。

雙縫實驗，著名光學實驗，在1807年，託馬斯·楊總結出版了他的《自然哲學講義》，裡面綜合整理了他在光學方面的工作，並在裡面第一次描述了雙縫實驗：把一支蠟燭放在一張開了一個小孔的紙前面，這樣就形成了一個點光源(從一個點發出的光源)。現在在紙後面再放一張紙，不同的是第二張紙上開了兩道平行的狹縫。從小孔中射出的光穿過兩道狹縫投到屏幕上，就會形成一系列明、暗交替的條紋，這就是現在眾人皆知的雙縫幹涉條紋。

楊氏雙縫幹涉實驗，從小孔中射出的光穿過兩道狹縫投到屏幕上，就會形成一系列明、暗交替的條紋

光穿過雙縫會產生幹涉條紋，證明了光是波的特性

光穿過雙縫會產生幹涉條紋

這裡給大家科普一下，如果光或量子是波的特性，那麼通過雙縫會留下幹涉條紋；如果是粒子的話，那麼通過雙縫只會留下兩個縫的圖形。

1961年，蒂賓根大學的克勞斯·約恩松不知道哪根筋搭錯了突發奇想用單個電子來進行雙縫幹涉實驗，從而打開了量子領域的一個潘多拉盒子。

約恩松首先用電子流朝著並列的雙縫轟擊，按照設想，電子流通過雙縫後應該在後面的屏幕上留下兩條與雙縫對應的亮紋。然而，神奇的是，在屏幕上出現的並不是兩條亮紋，而是多條明暗相間的幹涉條紋。約恩松很好奇，他設想是否是因為電子在電子流中互相擁擠碰撞，進而造成了多條幹涉條紋。於是，他使用發射器將電子一個一個發出，這下就不會有碰撞了，然而神奇的是，在雙縫後面的屏幕上仍然留下了一條條明暗相間的幹涉條紋。經過爭論，人們認為電子也具有波粒二象性，事情似乎是告一段落。

在雙縫幹涉實驗中,一個電子同時穿過兩條縫也能產生幹涉條紋

單光子為什麼也能產生幹涉條紋

看到沒？單電子通過雙縫仍然會留下幹涉條紋，這就匪夷所思了，當時科學界只能把量子歸納為「波粒二象性」，意思兩種特性集於一身，這就大大超出我們對物體唯一性的認識，而量子的其它試驗更進一步證明了這個理論：量子是疊加態的。

——量子疊加，就是指一個量子系統可以處在不同量子態的疊加態上。著名的「薛丁格的貓」理論曾經形象地表述為「一隻貓可以同時既是活的又是死的」。

薛丁格的貓是物理學家薛丁格提出的一個思想實驗，是指將一隻貓關在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器裡。鐳的衰變存在機率，如果鐳發生衰變，會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子，貓就會死；如果鐳不發生衰變，貓就存活。根據量子力學理論，由於放射性的鐳處於衰變和沒有衰變兩種狀態的疊加，貓就理應處於死貓和活貓的疊加狀態。這隻既死又活的貓就是所謂的「薛丁格貓」。但是是不可能存在即死又活的貓，則必須在打開箱子後才知道結果。該實驗試圖從宏觀尺度闡述微觀尺度的量子疊加原理的問題，巧妙地把微觀物質在觀測後是粒子還是波的存在形式和宏觀的貓聯繫起來，以此求證觀測介入時量子的存在形式。

薛丁格的貓在沒有打開盒子，盒子裡的貓同時存在活和死的狀態，當盒子打開，貓就只有死或者活一種狀態了

在量子世界裡，事物存在多種疊加態的可能，一隻貓既可以是死貓，也可以是活貓，甚至是半死不活。量子既可以是波、也可以是粒子，量子比特可以同時處於「0」和「1」的狀態，這也是最近大火的量子計算機的原理。量子的疊加態可以讓我們剛起步的量子計算機一臺的算力超過全球計算機總和還要強大成百上千倍。

第二次試驗，人的「意識」決定量子的行為，「精神文明」時代入口呈現。

瑪雅文明曾經記載史前人類曾經歷過兩個文明，首先是物質文明，就是我們現在這個文明，以物質為主；其次是精神文明，意識提供文明驅動力。

我們不去考證這段話的真實性，但接下來的試驗，多多少少印證了瑪雅文明這個神奇記載或有存在的可能性。

1974年，米蘭大學的梅裡教授又突發奇想，他對實驗結果還是不滿意，他老想看看電子到底是怎樣通過雙縫的，看看幹涉條紋到底是如何形成的。沒想到這下壞了事。他在雙縫的入口安裝了高精度的監視器，可以清晰地看清電子的出入。準備完成後，他仍然通過發射器將電子一個一個發出。結果這不看不要緊，一看，壞了。屏幕上的一條條幹涉條紋不見了，只剩下了兩條亮紋，而且通過監視器可以清晰地看到電子如粒子般一個個通過左縫或右縫，在屏幕上形成兩條亮紋。

前面說過單個電子流在屏幕上應該形成多條幹涉條紋，為什麼試圖觀察電子通過雙縫的行為時，幹涉條紋就消失了呢？梅裡也很疑惑，於是他將監控關閉，結果屏幕上又出現了神奇的幹涉條紋；再將監控打開，條紋又消失了；……如此往復。

如果「意識」參與進來進行觀察的話，量子的狀態就會坍塌，幹涉條紋消失

這個實驗可怕在哪裡呢？從實驗過程看，目標是看清電子幹涉中通過雙縫的行為，但當你要看時，幹涉條紋就消失了；當你不看時，幹涉條紋就出現了。總之，電子就好像有了意識一樣，和人玩起了躲貓貓，總之，不讓你看到意識參與情況下的行為。

這個實驗在科學界引起了巨大震動。為了解釋這個實驗，人們不得不再次審視千百年來在科學研究中被摒棄的一個觀念：「意識」。在傳統的科學研究中，「意識」是不會對客體產生影響，是不應被引入到科學研究中的。然而，由於電子的雙縫幹涉實驗，「意識」不僅被引入了科學研究，而且一定程度成為實驗結果的決定因素，即實驗者的意識決定著實驗對象的呈現方式。

如上段所述，「薛丁格的貓」也是由人的意識決定事物的結果，意識參與物質作用目前看來已經是不爭的事實了。

這裡再引入一個概念：「量子坍塌」，量子崩塌，就是從可能變為現實。量子力學事物存在各種可能性，而經過量子崩塌之一過程，唯一存在的事實產生，也就是確定了事情的發生。

也就是說：意識導致了量子坍塌，意識決定了事物的存在狀態。

升級版試驗，量子具有「預知未來」的能力，準確判斷未來發生的事，「神級文明」或向人類招手。

這時候，量子力學另一個重量級的理論出現了:量子糾纏。

在量子力學裡，當幾個粒子在彼此相互作用後，由於各個粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質，無法單獨描述各個粒子的性質，只能描述整體系統的性質，則稱這現象為量子纏結或量子糾纏。量子糾纏是一種純粹發生於量子系統的現象；在經典力學裡，找不到類似的現象。

簡單地說，量子糾纏現象就是兩個處於糾纏態的量子，一個狀態改變，另一個也會馬上改變，通過觀察一個量子的狀態，馬上就能知道另一個量子的狀態。比如說著名的手套原理，我們把一對手套分別寄往兩個不同的地方，無論寄送的過程怎樣，只要有一方收到手套，比如是左手手套，馬上就可以得知另一處的手套是右手。這個狀態是瞬時的，無需傳遞時間，在打開手套的一瞬間馬上就可以知道另一個量子的狀態，而且無論相隔100億光年以外也是如此。

量子糾纏

處於糾纏態的手套，我們只要收到了一隻，馬上就知道另一隻是左手還是右手

接下來科學家突然奇想，如果把兩個處於糾纏態的量子分別射向雙縫，並且其中一個量子要經過多次折射才能投影在幕布上，也就是說，有一個會先到，先顯示結果，另一個會後到，後顯示結果，並且在後到量子的路徑上安放觀察設備。

這其中要注意一個細節，就是上節說過的量子坍塌，量子一旦經過觀察，狀態就會坍塌，呈現不同的結果。沒有觀察的量子投影在幕布上是呈現波的特性，有幹涉條紋；而觀察過的量子會坍塌，呈現在幕布上是粒子的特性，沒有幹涉條紋。

詭異的試驗開始了，科學家把處於糾纏態的兩個量子同時打出去，射向雙縫，先到的粒子不觀測，對後到的粒子進行了觀察，試驗結果非常詭異：先到的糾纏態粒子就像被觀察過一樣，呈現的是坍塌狀態，而後到的粒子因為被觀察過，所以也呈現的是坍塌狀態。

先到的糾纏態粒子明明沒有被觀察怎麼會坍塌，怎麼會提前預知後面的糾纏態粒子會被觀察，從而顯示糾纏坍塌狀態？

先到的A粒子可以預知後到的B的狀態，提前顯示出來

科學家決定繼續試驗，他們決定不觀察後面的粒子了，然後做試驗，試驗結果是兩個粒子都呈現沒有坍塌的幹涉條紋。

它們又知道了！

科學家徹底蒙圈了，他們接著做了大量的試驗，觀察隨機進行，但試驗結果都是一樣的，只要被觀察了，都呈現坍塌態，沒觀察的就沒事，量子比科學家還猜的準他們的心思和行為結果。

這是「神級文明」在向我們招手了嗎？

這種預知未來的行為，也許近幾十年內都無法破解，我們永遠不知道量子力學還要給我們帶來多少震驚和可能，但不管怎樣，我們只要知道結論就行，先用起來服務人類文明，總有一天量子的原理會被攻破，期待那一天的到來。

量子是因為構成物質的分子、原子、電子、光子等微觀粒子具有量子效應，所以也可以叫它們為量子，量子效應包括能量的不連續、位置不確定、狀態疊加、幹涉、糾纏等。

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可能大家讀的很辛苦，我已經儘量用通俗的語言來闡述，量子力學確實不好理解。今天的文章裡雖然只拿雙縫幹涉試驗舉例，但量子力學幾個基本常識都在裡面了：量子疊加態、量子幹涉、量子意識、量子糾纏、量子坍塌等等，這為下一步繼續給大家科普打下了基礎，如果有興趣，接下來繼續給大家科普量子力學在未來的應用可能，會對人類文明造成哪些翻天覆地的改變，謝謝。

（PS：關於量子力學的爭論一直都在持續，本文的觀點未必正確，只是用淺顯的語言給大家做個科普，不具有權威性和絕對的正確性，請大家選擇性閱讀）

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