如何讓普通人理解：量子力學(xué)！量子糾纏，波粒二象性和量子疊加

我最近發(fā)現(xiàn)了一個(gè)特別特別好的思路理解量子力學(xué)，即便是不懂量子力學(xué)的人，也很容易把量子力學(xué)中的反常識(shí)現(xiàn)象聽(tīng)懂個(gè)大概！

我呢，做量子力學(xué)科普很多年了，我發(fā)現(xiàn)很多人一聽(tīng)到雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，波粒二象性； 概率波； 測(cè)量坍塌； 量子糾纏這樣的概念，首先會(huì)問(wèn)為什么，為什么量子世界會(huì)這樣？

而大部分時(shí)候，我們做科普，只能告訴你：不要問(wèn)為什么！因?yàn)槲⒂^世界的基本現(xiàn)象就是這樣子的，科學(xué)只是歸納現(xiàn)象，而不解釋現(xiàn)象。

可能你聽(tīng)到這些話，可能還是不甘心，總感覺(jué)還是弄不明白量子力學(xué)為什么會(huì)如此反常識(shí)，那么你看完這篇文章，就會(huì)明白量為什么會(huì)量子力學(xué)會(huì)是這個(gè)樣子！不僅明白量子力學(xué)為什么會(huì)如此反常識(shí)，還會(huì)明白，量子力學(xué)所謂的反常識(shí)現(xiàn)象才是最符合邏輯的。

首先啊 你在了解量子力學(xué)之前要知道，量子力學(xué)就是微觀世界的現(xiàn)象，大致呢，也就說(shuō)比原子還小的那些粒子的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，這些現(xiàn)象包括波粒二象性； 概率波； 量子糾纏等等

但是你會(huì)發(fā)現(xiàn)這些量子現(xiàn)象的背后都有一個(gè)共同點(diǎn)，那就是所有微觀粒子是不確定的，是模糊不清的，也就是說(shuō)：微觀粒子沒(méi)有確定的形狀和確定的邊界。

你看，咱們?nèi)祟愐婚_(kāi)始理解微觀粒子總是認(rèn)為這些粒子就是一種類似于實(shí)心的小球。但很快 物理學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了波粒二象性然后粒子是實(shí)心小球的觀念就被pass掉了！

也就是說(shuō)這些粒子即是波也是粒子，這句話聽(tīng)起來(lái)依舊很難理解，人類大腦好像還很難想象出：一種即是波又是粒子的物體。但沒(méi)事，反正這種波粒二象性的觀念也落后了。目前物理學(xué)界對(duì)微觀粒子的最新認(rèn)知：就是一種基于量子場(chǎng)論的觀點(diǎn)。

在量子場(chǎng)論中，波粒二象性也只是表象，其實(shí)任何一種基本粒子都是一種場(chǎng)。所謂的粒子也只是量子場(chǎng)激發(fā)的一種能量，不同的粒子有不同的量子場(chǎng)！

比如電子就是電子場(chǎng)；光子就是光子場(chǎng)；夸克就是夸克場(chǎng)，那這個(gè)量子場(chǎng)到底有多大呢？

其實(shí)宇宙有多大 量子場(chǎng)就有多大，也就是說(shuō)：一個(gè)粒子的本質(zhì)正是由于它是一種量子場(chǎng)！

而這個(gè)量子場(chǎng)又可以延伸到宇宙各個(gè)角落，所以一個(gè)粒子的范圍就是整個(gè)空間。

怎么樣 可能聽(tīng)到這兒，是不是感覺(jué)更難以理解了

別著急 接下來(lái)我就會(huì)用新的思路，從日常生活中的經(jīng)驗(yàn)推理出：為什么微觀粒子會(huì)是這個(gè)樣子呢？

你現(xiàn)在伸出你的右手，然后捏一下你的鼻子，你看，你現(xiàn)在是不是發(fā)現(xiàn)：你鼻子的形狀改變了。那你再想一下，你用手捏鼻子這個(gè)過(guò)程，力到底是如何作用的？

其實(shí) 當(dāng)你可以把這個(gè)行為放大到微觀尺度 ，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)手捏鼻子，只是手皮表面的核外電子和鼻子表面的核外電子發(fā)生了電磁作用，核外電子都是帶負(fù)電荷的，所以核外電子在沒(méi)有完全接觸到的情況下，依靠電磁力就產(chǎn)生了排斥作用。

這時(shí)候你再往深思考一下：明明手上的核外電子和鼻子的核外電子沒(méi)有接觸，它們之間都是真空區(qū)域，怎么可能會(huì)發(fā)生作用呢？

這好像就是一種超距作用，所以第一個(gè)違反常識(shí)的觀念就誕生了！為了讓超距作用這種反常識(shí)現(xiàn)象在邏輯上自洽，我們就認(rèn)為 一個(gè)核外電子和另一個(gè)核外電子發(fā)生了作用力。中間必然有一個(gè)物體傳遞了這種力，這種物質(zhì)也就叫做傳播子。

電磁力的傳播子也就是虛光子，兩個(gè)核外電子在發(fā)生電磁作用的時(shí)候，就會(huì)有虛光子在中間不斷交換 來(lái)傳遞這種力。這時(shí)候你再想一下，如果我們將微觀粒子認(rèn)為是一種實(shí)心的小球，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)這里面存在一個(gè)很大的問(wèn)題。

電子和電子之間的作用力，依靠的虛光子這種傳播子。那傳播子和電子之間的作用又是怎么發(fā)生的。既然微觀粒子 已經(jīng)被假設(shè)成實(shí)心小球，那傳播子和電子之間總會(huì)存在真空，這就是一種超距作用。所以 一旦我們將微觀粒子 認(rèn)定成經(jīng)典物理世界的小球，那么這些粒子之間就不可能發(fā)生相互作用。

因?yàn)樗鼈冎g總有真空 真空就好像是一堵墻，導(dǎo)致所有粒子都不可能發(fā)生相互作用力，所以微觀粒子的形態(tài)只能存在一種可能性，才能解釋這種超距作用帶來(lái)的邏輯上的bug。那就是微觀粒子本身就是模糊不清的，充滿了整個(gè)空間 它們之間本來(lái)就沒(méi)有界限，粒子和粒子之間 本身也是一種交織在一起的量子場(chǎng)！

其實(shí)物理法則并不認(rèn)同超距作用，量子糾纏那種所謂的超距作用本身也是一種假象，對(duì)于超距作用 牛頓最有發(fā)言權(quán)，早在牛頓活著的時(shí)候，就發(fā)現(xiàn)超距作用是無(wú)法容忍的！牛頓發(fā)現(xiàn) 星球和星球之間都是真空地帶，兩個(gè)星球之間沒(méi)有任何傳播子，它們居然還會(huì)產(chǎn)生引力，這不就是超距作用嗎？

為了解決這個(gè)問(wèn)題，牛頓就引入了2000多年前 亞里士多德提出的以太概念。并認(rèn)為以太均勻分布在宇宙各個(gè)角落，并且充當(dāng)了引力的傳播子，當(dāng)然 后來(lái) 邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)證偽了以太！

引力之間的超距作用最后被廣義相對(duì)論的時(shí)空彎曲所取代，而廣義相對(duì)論認(rèn)為 引力只是假象

所謂的引力作用 只是質(zhì)量彎曲了空間！物體在彎曲的空間運(yùn)動(dòng)，才表現(xiàn)的像引力作用！所以引力之間并不需要引入額外的傳播子！

但是量子力學(xué)不這樣想，量子力學(xué)非得給引力整上一個(gè)傳播子，這也就是引力子。當(dāng)然對(duì)于引力子，目前的爭(zhēng)議依舊很大因?yàn)閺V義相對(duì)論認(rèn)為引力不是力，所以無(wú)需傳播子。但量子力學(xué)還是認(rèn)為引力是力，是需要傳播子的

當(dāng)然 這個(gè)問(wèn)題就超綱了，以后咱們可以專門講一下！

回到最初的問(wèn)題，正是因?yàn)槲锢矸▌t不認(rèn)同超距作用。所以微觀粒子只能是模糊不清的形態(tài) 才能解決這個(gè)問(wèn)題。你看 電磁力的作用是無(wú)限遠(yuǎn)的，這就要求微觀粒子這種迷糊不清的界限也是無(wú)限遠(yuǎn)的。正是由于粒子是迷糊不清的，所以它就不可能像實(shí)心小球那樣有明確的位置。

所以我們只能用概率描述它，講到這兒。你再看量子糾纏，其實(shí)所謂的糾纏粒子就是同一個(gè)粒子，直視能量一分為二 變成兩個(gè)糾纏粒子，但是糾纏粒子之間 還是同用同一個(gè)量子場(chǎng)。

這個(gè)量子場(chǎng)本來(lái)就可以延伸到宇宙各個(gè)角落，所以兩個(gè)糾纏粒子所謂的超光速作用，其實(shí)就是同一個(gè)粒子的同時(shí)作用。改變其中一個(gè)糾纏粒子，另一個(gè)粒子肯定也會(huì)同時(shí)改變，你用這種思路理解電子的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)就更容易了。

我們最難理解的就是為什么電子會(huì)同時(shí)經(jīng)過(guò)雙縫，并且一個(gè)電子為什么會(huì)和自身發(fā)生干涉。

其實(shí)別說(shuō)是雙縫，哪怕是無(wú)數(shù)個(gè)縫，電子都能同時(shí)經(jīng)過(guò)！因?yàn)殡娮舆@種模糊不清的形態(tài)，就注定了電子可以同時(shí)處于多個(gè)位置。

最后咱們總結(jié)一下：宇宙中的物質(zhì)無(wú)時(shí)無(wú)刻都在發(fā)生著相互作用，如果我們將這種相互作用放大，會(huì)發(fā)現(xiàn)所有粒子之間都存在巨大的真空地帶。如果粒子是小球的話，那么真空就會(huì)阻礙超距作用的發(fā)生。所以微觀粒子只能是迷糊不清的，才能化解這種超距作用。

聽(tīng)到這里 你就會(huì)明白：微觀粒子迷糊不清的概念，才是最符合邏輯的！而粒子是實(shí)心小球的概念，才是反常識(shí)的。