今天准备围绕一本科普书籍，给大家介绍介绍量子物理里面比较耳熟能详的几个概念，但是也不会完全附着于书上，也会引申开谈谈关于科学和科普的一些看法。对于科普类别的书籍。其实在开始读之前就会先产生一个问题，我读他干嘛？每天上学上班八小时回家已经够累了，我不看看漫画，支持孩子去打打球什么的。读一本日常生活十万八千里的量子物理书，我是不是和自己有仇，这个问题的答案也是我今天写这篇文章的意义！
这东西它确实不能让你应付考试或者工作，也没办法帮你的生活提供什么参考。它只是希望各位不需要花上十年八年，走过无数公式和符号，就能欣赏到科学家们眼中世界的美妙。在科学技术发展日新月异的时代，他们看世界的视角会逐渐成为人类文化内涵的重要组成部分，今天关于量子物理的内容都来自一本叫做新量子世界的书。这本书是两个人合著的，他们分别叫安东尼·黑和帕特里克·沃尔特斯，他们显然不如写时间简史博客中的宇宙的霍金那名兵丁，但是丝毫不影响他们是伟大的科普作家，行如隔山！做科学的不一定擅长科普，就像会养猪的，不一定擅长做红烧肉。建议在选择科普书籍的时候，也不要单纯追着大科学家的名字跑，好了，进入正题！
量子物理的一切都是建立在物质的波粒二象性上。波粒二象性的内容我是这么理解的，就是粒子和波是同一个东西。为了更好的解释波粒二象性，我想先从狭义相对论说起，并不是因为这两个理论逻辑上有多重要的联系，而是因为他们违反常识的方式很类似。所以放在一起说的话能起到一些对照的效果。狭义相对论有一个老生常谈的说法，就是光速是不可超越。这句话大家在科幻作品中常常见到，也差不多快要成为我们常识的一部分了。应该大概再过十几年，小朋友从小都知道这回事了，但是我们应该怎么理解它？
举个例子，假如我乘坐一辆光速行驶的火车，以一米每秒的速度朝火车开向的方向行走，我的速度不就是光速（c）c+1m/s了吗？那要怎么理解为什么我的速度不是光速（c）c+1m/s呢？就要引入另外一个说法，就是越接近光速的东西，时间流动越慢，速度和光速一样的东西，时间是静止的。把这个说法带入上面的场景，当你站在光速行驶的火车里，你的时间是静止的！你想向前以一米每秒的速度行走，但是半步也迈不出去，因为时间不会动，这个时候如果火车的速度稍微慢下来一点，变成光速减一米每秒，你的时间也就恢复流动了，虽然还是非常慢，但好歹是在动。这个时候你仍然希望以一米每秒的速度向前走，但是因为你的时间过得非常慢，这个速度的分母也就增加了，所以你的速度也就被压缩到非常小，以非常慢的速度在火车里面向前走，觉得很着急，妈的，我的速度太慢了，比如说你就全速飞奔，你跑的超级快，快到快到接近光速了，但是在火车内被拉长的时间里速度还是很慢。只是有多慢，需要具体计算，没办法给你准确的数字。可以告诉你的是，这个速度与火车本身的时速相加仍然只能正好到达光速，怎么也超过不了，听到这里也不知道我解释明白没有，就是不论你在火车里怎么样的速度，时间和空间的相对性都会把你与铁轨的相对速度压缩到光速以内，简单说来！所谓火车行驶速度加我的步行速度等于我和铁轨的相对速度！这个常识之所以在现实中成立，其实是因为我和火车实在都太慢了。我们的速度虽然也会引起时间压缩，但是这个压缩量太小，小到完全可以被忽略。
我最开始说的波粒二象性和相对论违反常识的方式很相似。我们生活了几千年，才意识到原来速度太快会导致时间变慢，是因为人类这几千年长期生活在一个极限状态，就是极限低速的状态。就像深海里的鱼不知道世界上还有不被水包围的环境一样，几千年低速运行的人类也没机会观察接近光速情况下的物理规律。那么说完了狭义相对论，该怎么理解波粒二象性也非常简单了。
在我们身处的宇宙里，其实所有物质都像水波或者电磁波光波一样是颤动的，只是幅度太小，相比1米8高60多公斤重的人类而言，非常容易忽略。几千年来，人类从来没有和原子尺寸的物件打过交道，自然就不会注意到这么微小的颤动。直到19世纪末，人类对于微观世界的探索才真正受到这种颤动的挑战，上面说的这种挑战就是测不准定则了。测不准定则由海森堡最早提出物质的波粒二象性，也就意味着实验测量精度存在着理论上的极限，没办法做到完全百分之百没有误差。现实生活中我们可以当做这些误差不存在，因为他们实在太小了。但是如果测量对象小到一定程度，误差就没办法被轻易忽略了。举个生活中的例子，我去菜市场买菜，老板把菜装塑料袋里，网贷网秤上一放，啪两斤重每斤八块收您16块，我心里虽然清楚塑料袋有0.8克的重量，其实我应该少付万分之八的价钱，也就是1.28分钱！
位置的不确定性乘以动量的不确定性等于1个叫普朗克常数的数字，这个常数的大小决定了多小才算足够大，大到不确定性可以忽略，大家可能会想这个误差我懂，但是科学家在他们数十亿美元搭建的尖端实验室里，难道也无法避免类似的误差吗？但是确实无法避免，观测这个动作注定了观测者与被观测者要有所接触。所谓观测者与被观测者一定要有所接触。我再举一个生活中的例子。我去地下车库取车，却发现车库停电了，一片漆黑，我摸遍全身上下只找到一台照相机，手机手电筒什么的都没有。为了判断我离车还有多远，我把照相机的闪光灯打开，对着车子的方向拍了一张这道光击中车子反射回我的眼睛里，我判断出我离他还有十米。这个是宏观尺度下的状况，但是他们部分条件进入微观尺度，比如说如果我的车只有一个电子那么重，情形就会改变了。我按下快门，把一道光打在车上，光反射回我的眼睛里，我判断我离他还有十米，于是我向前步行10米一摸我车怎么不见了！其实就是那道光打在车上的时候，砰的一下就把他轰飞了。
测不准定则听起来好像也没什么，但是当时有很多人敏锐的察觉到，他其实撼动了我们对所谓客观现实的理解，我们不再能确定所谓的客观现实在不在那里，如果一切都是波，我们又会出现测不准的状况的话，当时与测不准定理并列的还有另外一个实验也狠狠轰击了人们对所谓客观现实的认知。也就是光子的双缝实验实验具体的设计我不想多描述了，因为光靠文字说明很困难，大家估计也听不明白，我就直接说双缝实验的结论，他的结论就是，当没有观测者的时候，光子的运行显示出波的特征！
当光子的运行被以任意形式观测时它就会表现出粒子的特征。也就是说有观测者和没观测者时物质存在的状态是不一样的，薛定谔是量子力学的奠基人之一，但是当时他对量子物理里面其实非常不满。薛定谔的猫这个思维实验他设计出来，其实是为了说明他对这个东西有多不满，而不是为了帮助大家理解的思维实验。具体是这样设计的，一只猫被关在一个铁箱子里，箱子里面有一个很残忍的装置，在一个计数器里面有很少量的放射性物质，放射性物质数量非常少，在一个小时之内只可能有一个原子衰变，但也有同样的可能一个原子都不衰变，如果这个原子衰变了，计数器会放电打烂一个装有氢氰酸的小瓶子，我们将这个系统放一个小时，如果没有原子衰变，我们可以说猫仍然活着，只要一有原子衰变毛就会被堵死！
以传统的观点来看，就算我不打开这个箱子，里面的猫一定是死或者是活的。但是以量子物理的观点来看，如果我不去观测，那么猫就是既死又活的，一句话来说，过了一个小时以后，在我们打开箱子观察猫的状态之前，量子力学的观点是猫处于一个量子叠加态。我们无法想象一个经典物体怎么能够处于一个叠加态上，也就是同时处于两种不同的状态上，更不用说还是一个猫这样有生命的东西了，真的！
像量子力学说的那样，是我们观察猫这个动作本身引起了猫的波函数坍缩成一个死猫或者活猫。20世纪最伟大的量子力学思想家约翰·冯·诺依曼也为个问题苦恼过。他们最后的观点是观察者的意识，在波函数的探索中起着关键作用。可是这样就更糊涂了，仿佛把答案指向了神学，所谓的有意识和没意识的观测难道会引起不一样的结果吗？这是不是可以证明人有灵魂存在？为了验证所谓有意识的观测者和无意识的观测者到底有没有区别，那些科学家又设计了一些各式各样的实验，结果发现甚至不需要任何东西去看，只要观测结果理论上能够以任何方法获取到，那么波函数就会坍缩成粒子。如果不存在这样一个方法，它就仍然是波函数的状态，但是这样的结论其实也只是把疑惑推向了另一个方向。虽然有意识和无意识都没有区别了，但是这就表示世界上好像有某个规律在监控着，哪些东西之间是相通的，哪些知识是可以为获取到，哪些信息是无法被获取到的，能够被获取到的信息都会坍缩成粒子，无法被获取到的信息都会维持波函数的状态。
这里我想稍微引申一下，所谓箱子这个器件它比起里面外面，它取到的是一种单纯的隔绝作用，把猫所在的空间和其余的整个宇宙化成了两个部分。猫自己看自己，应该是坍缩的，应该是一只粒子的猫，但是对它来说，其余的整个宇宙都是波函数。在我们被箱子隔绝开的另一部分看过来就是相反的，猫应该是波函数的叠加态，但是其余的整个宇宙里能够被观测到的部分，都是实打实的粒子。
最后这几段真的是越说越神棍了。而且我也确实没有什么更好的办法可以去解释它，我只希望大家看了以后觉得还挺有意思的，觉得对这个世界的看法又多了一点。
里查德费曼为这本书写的尾声，其实很好地表达了我现在的心情。他说一位诗人曾经说到，整个宇宙存在于一杯葡萄酒中，我们也许永远不会知道他这么说是什么意思，因为诗写出来就是为了让人看不懂的。的确，当我们只要足够近的观察一个酒杯，我们就能看到整个宇宙，因此让我们将所有的东西都放回到一起，记住最终它是用来干什么的，让我们给自己一个最后的快乐，喝下去，忘掉它。
谢谢大家耐心看完。
联系客服
