上帝也掷骰子-量子物理原理简介

关键词：波粒之争 双缝实验  波粒二象性  互补原理  物理属性取决于观测方式
简单介绍了量子物理的几个基本理论，共1681字，建议阅读时间4-5分钟

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对于量子物理，多数人都有些耳闻，具体理论是什么却不太清楚。量子物理无疑颠覆了以往牛顿创造的经典物理理论，量子物理哥本哈根派代表人物波尔说：“如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论”。量子电动力学的开创者，1965年诺贝尔物理学奖获得者之一费因曼说：“没人能理解量子论”。连物理学家都这么说，看来量子理论确实是颠覆三观，令人匪夷所思的理论系统，

我们今天就来简单介绍以波尔为首的哥本哈根派量子论的三个核心原理：互补原理，不确定性和概率解释。其中，互补原理和不确定性原理颠覆了世界的绝对客观性，不确定性和概率解释摧毁了经典物理的严格因果性，上帝也开始掷骰子。

1、互补原理

上百年来，对于光到底是波还是粒子，物理学家一直分为两派争论不休，直到量子理论的建立和逐步被大众接受认可，这场战争才告之结束。讲到光的波和粒子之争，自然离不开“光的双缝干涉”实验。

这个实验最早由物理学家托马斯.杨提出：在一个点光源前面放置一张开了两道平行狭缝的纸，光线穿过狭缝后投射到屏幕上，在屏幕上形成一系列明暗交替的条纹。这可以用光的波动性来解释，光通过狭缝后干涉产生条纹。这么看来，光是波，这是波动学说的观点。

双缝干涉实验

但是我们知道光电效应说明光具有粒子性：光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化，这类光变致电的现象被人们统称为光电效应。爱因斯坦提出了光子假设，成功解释了光电效应。而康普顿效应（1918-1912年，美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，不但有波长等于原波长的射线，而且还有波长大于原波长λ0的部分，这个效应被称为康普顿效应。）进一步支持了光的粒子理论。那么光到底是波还是粒子？这是近300年来，物理学家纠缠和争论不清的观点。

1927年波尔在名为《量子公设和原子论的最近发展》的演讲中，第一次描述了波粒二象性，电子既展现出粒子的一面，也可以展现处波的一面。波和粒子在同一时刻是互斥的，但是它们却在更高的层次统一在一起，作为电子的两面被纳入一个整体概念中。这就是波尔的“互补原理”（The Complementary Priciple）。

可是这个观点似乎难以让人信服，电子难道同时是粒子，又是波？一个人不可能既是男的，又是女的吧？看看波尔如何解释：任何时候我们观测电子的时候，它只能表现出一种属性，要么是粒子要么是波。声称看到粒子-波混合叠加的人要么是老眼昏花，要么是胡说八道。那么电子什么时候呈现粒子的性能，什么时候又是波呢？这完全取决于我们如何去观测它。我们想看到一个粒子，就让它打到荧光屏上变成一个小点。我们想看到一个波，可以，让它通过双缝组成干涉图样。

难道电子会变身？那么电子的真身到底是粒子还是波？波尔认为，物理属性取决于观测方式，而非“本来”。电子的本来面貌对于我们毫无意义，唯一知道的是我们每次看到电子是什么。这里的关键是我们如何观测它，而不是它究竟是什么。这就有点哲学的味道了。

举个例子，很多人知道“白马非马”这个诡辩，那么我们来看看这匹马到底是什么颜色。有人说，那肯定是白色嘛。可是有个色盲说，明明是一匹红马嘛。你可能会说色盲是功能缺陷，他看到的是错误的。那么如果世界上有一半的人是色盲，那么到底谁说的是正确的呢？或者你戴上一副红色的眼镜，是不是这匹马就变成红色的了？如果你觉得这也不能接受，那么我们来看看蜜蜂，蜜蜂的复眼只能识别黄、绿、蓝、紫四种光的颜色。它看到的这匹马可能会是紫色，那么你能说你看到的就一定是正确的，蜜蜂看到的就是错误的吗？这就是波尔的结论：讨论哪个是真实的毫无意义。我们唯一能说的，是在某种观测方式确定的前提下，它呈现的是什么样子。用肉眼观察，马是白色的，戴上红色眼镜，马变成红色的。至于马本来是什么颜色，完全没有意义。甚至我们可以说，马“本来的颜色”是子虚乌有的，我们大多数人说马是白色的，只是因为我们采用了一种类似的观察方式而已（用人类正常的肉眼，在普通光线下看来，马呈现出白色），这并不指向一个终极真理。

所以，谈论任何物理量都是没有意义的，除非你首先描述你测量这个物理量的方式。换言之，不存在一个客观的，绝对的世界。唯一存在的，就是我们能够观测到的世界。物理学的全部意义，不在于它能够揭示自然是什么”，而在于它能明确，关于自然我们“能说什么”。没有一个脱离测量而客观存在的“绝对自然”。测量是新物理学的核心，测量行为创造了整个世界。

花瓶还是人脸，取决于我们的观察方式

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