遇事不决，量子力学！区区反光竟然也归量子力学管？

在某问答平台上有一位朋友问了这样一个问题：量子的特性会不会对现实生活产生影响。

好吧，这其实是一个让我有点哭笑不得的问题，量子的特性本来就是这个世界上真实存在的呀，在我们的物理学没有达到足够的高度之前，我们就只是对它不了解而已，但并不代表它不存在，或者是在发现后才对我们的生活造成了影响。在人类发现细菌之前，就不生病了吗？

所以我想介绍一些非常有趣的，生活中一直存在的量子力学问题，这其中有很多到现在也还没有真正解决，不过你在听了之后一定会感慨——真的是太有意思了。

在初中物理我们就学过平面镜的反射原理，但是你有没有想过，为什么光的入射角与出射角一定相等？

物理学家与常人的思维模式是不一样的，多数人看来是一个理所当然的事件，在科学家眼中却大有文章可作。其实这个问题与另外两个看上去“更像问题”的问题本质是一样的，它们分别是“光为什么会折射”与“光为什么会发生全反射”。

在你可以找到的一些解释中，会这么表达——光只走最近的路径。这是什么意思呢？也就是说你在光经过介质后的空间任意寻找一点，并在光源与这个点间画无数条路径，那么只有在现实世界中发生折射或反射的路径才是耗时最短的。

这个解释从结果上来说虽然是正确的，但是无疑会让人非常疑惑：

1、光的传播也需要时间，那它是如何在到达之前就已经知道这条路径是最短的呢？

2、当我在前一句中用“知道”这个词的时候就仿佛在承认量子是有意识的，但很显然这并不符合唯物主义世界观。

当然，这种解释只是一个权宜之计，并不代表真相，仅仅是从结果上来说能局部逻辑自洽而已。比如在过去，人们会认为南方密林中的瘴气非常致命，其实真相是蚊子传染的疟疾与登革热等疾病而已，不过至少有一点说对了——远离森林会更安全。

只要再稍微扩展一下，同一种现象的另一种形式下这种理解方式就立即失效了，比如全反射。当光从折射率高的介质向折射率低的介质传播，当入射角大于一个极限值时，光就无法突破而被完全地反射回来，“全”就是这个意思。

那么光为什会有这样的特性呢？因为光子其实就是一种量子，所以光的传播自然也就归量子力学管了。著名物理学家费曼曾经提出过一个可能的解决方法，叫“费曼路径积分”，他假设光在传播的时候其实是同时通过了所有的可能路径，然后这些路径之间发生了相互影响，最终显示出来的就是路径最短的那一条。

这一过程类似波现象中的“驻波”，即复数个波在满足特定条件下会因相互增强或相互消除而呈现出一种“看似稳定”的状态。而我们看到的光的折射路径正是无数路径相互增强削弱最终呈现出的结果。

这个理论同样可以解释全反射现象，一般来说在介质的分界面上反射与折射是同时存在的，但是当入射角足够大的时候，用费曼路径积分的公式可以计算出，低折射率介质的一侧无论如何都无法形成驻波，于是表现为光无法突破。

用费曼路径积分的公式可以计算量子路径中的很多问题。还记得单光子干涉实验中的反经验之处吗，为什么一个光子也能知道自己面对的是一条缝而不是两条缝？这同样可以用费曼路径积分进行计算与解释——那个单光子并不是一个坚硬的，不可分离的小球，它同样是无数“虚光子”的叠加驻波，所以它可以同时通过两条缝。

费曼的理论当然比“最短路径”理论要好用得多，不过理所当然，这也不一定是真相，只是一个相对更好理理解与计算的模型（我们几乎可以肯定不是真相，只是一个特别好用的理论计算模型而已）。

费曼先生也曾说过：“没有人真正懂量子力学”。是的，以目前的物理水平，我们已经可以利用量子为制造计算机或是保密通信，但是我们还是不能理解它们的运作原理。这就像是一个熟练的训兽师，他虽然可以让老虎狮子乖乖听话，但还是对这些猛兽大脑皮层中的反射一无所知。

你看，就算是光的反射这种极端习以为常的现象，背后都是最高深最前沿的量子力学课题，可见量子力学实在是太常见了，它在我们已知的几乎所有物理现象中发挥着作用。

“我和我的量子力学，一刻也不能分割~~~~”

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