量子力学的基本理论是什么？

　　十九世纪末，经典物理学已经达到巅峰，大伙认识到大到宇宙星体，小到原子电子，无非是大大小小的物体按照规律运动，经典力学、经典电动力学和经典热力学（加上统计力学）形成了物理世界的三大支柱，已知一切物理现象，几乎都可以从现成的理论里得到解释。力、热、光、电、磁……一切的一切，都在控制之中，而且用的是同一种手法。物理学家们开始相信，这个世界所有的基本原理都已经被发现了，物理学也就没什么可研究的。
　　普朗克刚参加工作的时候，物理学大概就是这样一个状态，所以导师劝他不要在物理学上浪费时间，说物理学科已经到头了，再研究也就是捡点前人剩下的边角料，不会再有大的发展。
　　不过普朗克热爱物理，不挑食，觉得随便研究点什么都好，准备在物理这条路上一条路走到黑。
　　当时还真有两个边角料，也就是传说中物理学的两片乌云。
　　说是乌云，其实就是两个物理现象用现有的规律没法解释，第一个是以太的问题。那个时候认为光的传播依靠一种以太的东西，这玩意充斥宇宙，而且是绝对静止。后来以太作为一种媒介深入人心，我们现在把网络叫以太网，也是来源于此。不过物理学家各种测试也没找到这个东西，进一步，大家对绝对静止也产生了怀疑。
　　第二片乌云是黑体辐射。当时有两套理论解释黑体现象，一个适用于大波长，另外一个适用于小波长。问题是两套理论解释的是一种现象，而且没法统一，这让物理学家非常不爽，物理学家天生就有大一统的观念，期望一个公式能打遍天下，一个现象有两种解释，无论如何不能接受。
　　不过鉴于当时物理学界一片形势大好，大家都觉得两片乌云无伤大雅，只是物理学发展过程中的小插曲。大厦都建好了，通个下水道的事，派两个小角色就搞定。
　　谁也没想到乌云最后变成了狂风暴雨，几乎摧毁了整个经典物理大厦。
　　其中第一块乌云演化成相对论，第二块乌云诞生量子科学。
　　一、量子物理的提出-普朗克常数
　　第一块乌云被爱因斯坦看上了，普朗克选择了第二块乌云。经过一顿烧脑的公式推导和实验，他发现如果想解释奇怪的黑体辐射现象，只能假设能量是不连续的，也就是一段一段的不可分割，按照这个思路普朗克研究出一套公式，完美解释了不同波长下的黑体辐射现象。
　　普朗克把这不可分割的一小段，称为量子，而且他还算出了这个量子的大小，当然是非常小了，大概是小数点后几十个零这种量级，这个数后来被命名为普朗克常数，是量子的最小单位，然后量子科学诞生了。
　　大家要有个概念，量子比粒子的概念要广，所有不连续的东西都可以表述为量子。粒子肯定是量子，因为不可分割，但是量子不一定就是粒子。按照普朗克的理论，不连续的能量也可以是量子，不连续的波也可以是量子，只要不可分割，都可以称为量子，不一定是有形的物质。
　　量子科学的核心是以量子的概念去思考问题，也就是把传统认为连续的东西改为离散的方式去研究。
　　那么问题来了，什么是连续和离散？
　　比如烧开水，水从0度到100度，中间过程就是连续的，如果画成图，就是一条连续的线段，不管精度有多高，总能找到一个中间温度状态，而且还能细分，这就是连续。离散类似于上台阶，只能一级一级上，你不能只上0.5级或者0.3级，体现在图上就是一个个点的组合。
　　那您要问了，连续和离散对于研究问题有什么区别呢？对于一个问题，用离散和连续的理论去分析，得出的结论往往大相径庭。
　　举个例子大家体会一下，大名鼎鼎的芝诺悖论。
　　你和乌龟赛跑，只要乌龟领先，你是无论如何是追不上。假设你速度是乌龟的十倍，一开始乌龟领先100米，现在你开始追乌龟。当你跑到到乌龟的这个位置，也就是跑了100米的时候，乌龟也已经又向前跑了10米。当你再追到这个位置的时候，乌龟又向前跑了1米，你再追1米，我又跑了1/10米……总之，你只能无限地接近乌龟，但你永远也不能追上。
　　这个理论貌似没有错误，但这个就与我们常识想背。怎么理解这个事，就需要我们引入离散的概念。这个悖论的前提速度位置都是连续的，所以可以无限分割，你找不到一个点兔子超过乌龟。但是如果我们找到一个速度和位置的最小单位，这个单位可以非常小，但一定不能再被分割，那总会在某一时刻找到一个位置，你超过乌龟。你看，同样一个问题，连续和离散在解释一个问题时，结论大不一样。
　　回到乌云这儿，普朗克把辐射能量量子化的意义非同寻常，意味着经典物理学关于电磁的基石动摇了。自从麦克斯韦发现电磁方程组后，电磁是一种波的概念已经深入人心，而且利用这种理论，电磁已经得到广泛应用，这个前提下提出电磁波是离散的，那意味着研究方法换了，整个电磁学都得推倒重来。就跟之诺悖论似的，换一种方法就是天翻地覆。
　　这事太不可思议，所以大家都觉得是哪儿出错了，普朗克自己也有点迷糊，随便踢了一脚，摩天大楼居然晃了两下，吓得再也不敢出手了，也没敢使劲宣传他的理论。
　　二、量子的发展-光电效应和原子能级
　　不过量子概念的提出已经为经典物理学打开了一扇窗户，透过这扇窗，越来越多的物理学家已经慢慢注意点、道经典物理学外面深不可测的量子世界，一些头脑活泛的大神，慢慢开始用量子化的手段来解释很多问题。而量子科学也在解释这些实验现象过程中不断发展。
　　比如量子思维在光电效应实验中的应用就导致了光子被发现。
　　我们现在知道光有波粒二象性，不过回到过去光是波还是粒子经过了长时间的争论。
　　波和粒子性质完全不一样，波是连续的，传播需要介质，两个波之间可以互相干涉，衍射，叠加（注意这个概念），波可以传播能量。想象一下你往水池中不同位置扔两个石子，仔细体会波的特点。粒子特点是离散的，传播不需要介质，一般走直线。
　　所以关于光本质的争论中，波派和粒子派根本没法调和。粒子派的掌门人是牛顿，有这个物理界的大神站台，粒子派一度占据上风。不过后来有个杨的科学家，做了个双缝实验，光线通过双缝后，两个缝隙各成为光源。如果光是粒子，只能走直线，打到感光板应该是两条缝隙；如果光是波，两个光源产生的波互相干涉，感光板上是明暗相间的条纹。实验结果无可辩驳的显示为明暗相间条纹，从此以后粒子说就闭嘴了，光是波成了绝对真理。波动派翻身做了主人，终于可以扬眉吐气。
　　不过波动派也没神气多长时间，后来一系列的实验又把波动理论推翻了，其中一个就是光电效应。
　　物理学家发现光射到某些物质表面会打出电子，也就是会产生电，这就是光电效应。按照光是电磁波的理论，打出电子倒也正常，波也可以传递能量嘛。但是打出电子的数量、能量与光波的波长、频率完全没有对应关系，也就是说用波动理论完全没法解释光电效应。
　　普朗克提出量子概念后，有一个大神灵机一动，既然能量可以被量子化，光波是不是也能被量子化呢？他根据普朗克的理论，把光也分成了一小份一小份，取了个名字光量子，也就是后来的光子。
　　事实证明，量子就是破解微观世界的一把钥匙。如果把光量化成一个一个的光子，就可以完美解释光电效应。
　　这个大神就是爱因斯坦，他也因为发现光子获的诺贝尔奖。
　　量子科学的下一个应用就是原子能级理论。
　　原子发现后，大家知道原子是原子核和电子组成，但是对原子内部结构一脸懵。有物理学家提出来原子就是球，电子就嵌在原子表面，就跟面包周围嵌了一圈提子一样。
　　不过一直都有人不服，有科学家做实验，找了个粒子轰击原子，按照提子面包理论，这就跟机关枪轰击钢板一样，子弹会四散飞溅。不过实验结果显示，大多数粒子根本没有改变方向，穿透原子射了出去，只有极少数的粒子被撞的找不到北。大伙一琢磨，这说明原子内部是空的啊，如果把原子比作大剧院，原子核就是舞台中间的一个乒乓球，电子绕着乒乓球飞来飞去。所以大部分粒子都穿过剧院，只有少数倒霉蛋撞到了原子核被撞飞。
　　按照电磁理论，电子和原子核之间这种运动会辐射电磁波。经过试验，发现原子确实可以吸收和释放能量，不过每类原子吸收和释放的能量是固定的，如果用电磁波表示，就是释放出的电磁波都是固定的几种频率，就跟基因似的，每类原子都不一样。
　　因为光也是电磁波的一种，所以科学家一般用光来检测原子的这种能量变化，得出的也就是著名的原子光谱。
　　但是问题也来了，按照电磁理论，电磁波是连续的，你说原子释放的能量在一个范围内还可以接受，能量是固定的几个数值是几个意思？
　　为了解释原子的这种独特性，波尔引入量子的概念，提出了原子能级的理论，他认为能量释放和吸收都和电子的运动有关，电子只能运动在固定轨道，也就是能级。如果从低能级跃升到高能级就会吸收能量，高能级跌到低能级就会释放能量，能级是固定不能再细分，也就是电子不可能存在于两个能级之间。就跟你上楼梯，你可以从第一跳到第三级，也可以跳到第五级，但是不能跳到1.5级。这也是为什么原子释放的能量只能是有限的几个数值。而且每一级之间的能量变化正好是普朗克常数的倍数，完美的和普朗克对接。
　　到此为止，量子理论已经慢慢开始在微观领域流行起来，大家碰到什么解释不了的事，习惯性的用量子理论来试试，没想到效果奇好，而且按照量子理论建立模型后，往往和实验数据完美契合。
　　不过波尔的原子模型是他为了解释原子能级的不连续臆造出来的，物理学界对此也有不同的声音。
　　事实上在涉及到微观层面，受限于测量条件，很多时候只能靠猜。观察到一个现象，大家就各种猜测，如果哪个大神提出一个理论，在不违背现有理论的前提下解释了这种现象，大家就鼓掌通过。不过这也有一个问题，如果没法实验，怎么来证明严谨性呢，毕竟咱们这可是科学，没有上帝佛祖给你兜底，你说的每个字都得有依据。
　　这个时候，数学的重要性就体现出来了。很多时候只能根据现有公理，通过复杂的计算得出一个理论，只要能解释的通，大家一般都认。
　　所以大家一定要有个概念，量子物理是彻头彻尾的从理论到实践，而且微观世界动手验证很困难，导致很多互相矛盾的理论出来。这也是为什么量子物理总是给人感觉一直在发展，隔一阵就有新理论出来，但是整体上好像又没什么进展。涉及到量子物理，科学家都变成了君子，动口多动手少，独步江湖全靠思维和口才，能把对手说晕你就是大拿，所以量子物理的江湖一直都是另外一种存在。
　　面对这种猜来猜去的风气，也有不少人不看惯，这一派人秉持一个观点，你不能为了解释一个现象，凭空捏造出一个，如果你观测不到，你就不能说他有，科学如果靠猜，那和古代神棍有什么区别？
　　三、量子物理的基本盘1-不确定性
　　面对波尔的原子理论，实干派里有一个叫海森堡的就跳了出来，决定抛弃猜测，用已有的知识解释能级现象，随后就提出了著名的矩阵力学理论。
　　这个理论抛弃了假设，完全用数学的角度来解释能级。基本原理是这样，我们现在的已知的就是各级能级，比如abc三个能级，而且这些能级之间跳跃会释放整数倍的能量，能级之间有各种组合，比如a到b，a到c， b到c，c到a等等，所有这些已知量可以通过二维表（矩阵）的方式来描述。利用这些已知量构建两个矩阵，分别描述动量P和位置q，就能描述电子的运动情况。这个矩阵方程能够解释电子能级现象。
　　不过海森堡发现一个问题，如果使用矩阵乘法，P乘q和q乘p得到值不一定相同。这个违背了经典数学乘法交换律，海森堡也是一脸懵，拿着矩阵力学公示就去找恩师波恩了。波恩聪明，说你这个其实就是数学里的行列式，不满足乘法交换律很正常，从数学上讲没有问题。海森堡一块石头这才落了地。
　　不过新问题又来了，数学上解释通了，物理上这个不满足交换律说明了什么问题了？也就是先测量动量再测量位置，和先测量位置再测量位置，得到的值不一致。海森堡陷入了深深的思考。
　　随后量子物理学上最重要的不确定性原理出笼了。海森堡提出微观粒子的动量和位置不可能同时测量。位置固定速度和方向就不能确定，知道速度和方向就不知道具体的位置。这个理论一开始说是测量导致的，比如我们观察一个粒子，必须得借助光线，宏观层面一点问题没有。可是微观层面光子对粒子的撞击会改变粒子的动量，所以我们在观察一个粒子位置时，其实它已经被光子撞得四处乱飞，测量本身就对测量结果有影响，所以这个问题无解。
　　不过后来不确定性理论有了进一步的发展，大家发现这个不可测量是微观粒子的内在属性，跟测试无关，不管你看不看他，微观粒子就像充满不确定性的中二少年，随时会做出出人意料的举动。
　　怎么理解不确定性呢？
　　大家注意一点，量子世界本质上研究波和粒子，如果在研究波的时候发现解释不了的现象，改成粒子的方式往往能柳暗花明；研究粒子时，如果有什么看不懂的，把粒子看成波一般也会有意外收获。
　　对于不确定性，我们更多需要用波的概念去理解，由于波粒二象性，粒子可以理解为一个波包。
　　什么是波包呢？我们知道波是可以叠加的，这点跟粒子不一样，粒子不能揉到一起，比如你不能把两个乒乓球合并成一个。但是你在水中不同位置仍几个石子，水波可以相互叠加，波峰和波峰叠加就是一个更大的浪尖，波峰和波谷叠加互相抵消，水面平静如镜。假设有无数个波互相叠加，在整个区域上都互相抵消，只在其中一点留了一个高高的波峰，这个就是一个波包，注意这个波峰一定要非常非常陡峭，也就是空间上挤压成一个点，就可以把它理解为一个粒子。好比你在水面扔了若干石子，本来水面应该是各种荡漾，形成各种图形。但是某种情况下，水面其它区域波互相抵消，整个湖面留了一个浪尖高悬水面，这个浪尖就是波包。
　　再比如一场音乐会，我们听的到是无数不同频率波叠加以后的交响乐效果。想象一下某种特殊情况下，所有乐器产生的声波互相叠加产生了波包。那感觉就是你听到短促的滴的一声，然后会场就一片寂静，可是那些演员明明还在卖力演奏。这个时候不要怀疑自己的听力，你大概率是碰上波包了。
　　一场音乐会变成短促的一声，就是波坍缩成粒子。
　　以这个为基础，我们就可以理解海森堡不确定性原理。如果波包位置确定，这个包的产生是由无数各种频率的波叠加而成，波包的频率就不可知。如果频率可知，波一定是一个标准波的形状，你没法为这个波指定位置，理论上他处于波经过的所有区域，就跟水波一样，也就是位置不定。现在我们把频率换成动量（波的频率与波的能量正相关），就会得到那个著名的结论，位置和动量不能同时测量。
　　利用这个理论，我们也可以理解波的坍缩，坍缩其实就是互相叠加的电磁波挤出了一个波包。从空间平面看，这些电磁波变成一个粒子。所以微观上可以把粒子理解为无数波的叠加。
　　不确定性对物理学甚至现代科学都产生颠覆性的影响，物理学的根本就是研究物质的运动规律，几百年来物理学家都在寻找普世公式来解释大千世界，你现在说微观粒子充满随机性，那物理学研究的意义何在？
　　不确定性是量子物理的一个重要理论基石。从不确定性开始，量子物理学就泾渭分明的分成两大阵营，以波尔、海森堡为首的一伙称为哥本哈根学派，他们代表量子物理的正统学派，认可微观世界的不确定性。以爱因斯坦为首的另外一伙人，认为世界万物都是有规律的，他们也认可哥本哈根学派的研究成果，承认这些理论都有严谨的推理和实验支持，但是他们认为所谓不确定，只是因为还有一些规律你没有发现。世界永远是由客观规律支配，上帝不会掷骰子来做决定。
　　这两大派别的斗争一直持续到贝尔不等式诞生，哥本哈更学派才慢慢占据主流，咱们后面再说。
　　四、量子物理的基本盘2-薛定谔方程
　　海森堡的矩阵公式是把电子看成一种粒子，用量子的方式解释电子的能级。当时德布罗意的物质波理论已经得到证实，物理学家薛定谔觉得，既然电子有波粒二象性，那我从波的角度研究，是不是也能解释电子能级问题呢？
　　薛定谔数学功底扎实，一番推演，量子物理最重要的公式薛定谔方程诞生了。利用薛定谔方程解出的波函数，也可以描述电子的运动，和电子能级完美吻合。波函数是量子物理中描写微观量子运动状态的函数。在经典力学中，用质点的位置和动量（或速度）来描写宏观质点的状态，突出了质点的粒子性。由于微观粒子具有波粒二象性，因而质点状态的经典描述方式不适用于对微观粒子状态的描述，进入微观世界，波函数更如鱼得水。
　　至此海森堡用粒子的方式，薛定谔用波的方式都解释了能级问题，而且不久以后，有大神从数学角度又做了论证，证实矩阵方程和波函数其实是一回事，殊途同归，也从另一个侧面证实了电子的波粒二象性。
　　海森堡的矩阵公式有点绕，物理学家对这种两个大表格互相乘的方程不感冒，大家更喜欢传统的一维方程，所以薛定谔方程慢慢成了描述微观粒子运动的主要理论。不过薛定谔方程虽然能用波函数描述粒子的运动，但对波函数求出的具体值有什么意义，大家都说不清楚，薛定谔自己也一脸懵，这个波函数的副产品成了谜一样的存在。
　　一直到1926年，哥本哈根派的波恩提出了一种理论，波函数值的平方就是粒子某时某地出现的概率，这一招画龙点睛给薛定谔方程补上了最后一块短板，后来的实验也无数次验证了这个结论，至此薛定谔方程成了量子物理的殿堂级的存在。
　　大家要有个概念，薛定谔对量子物理的的主要贡献就是这个方程，至于那只著名的猫，完全可以归纳为哲学问题，这玩意本来是薛定谔为了证明叠加态的荒诞列举出的工具。
　　其实量子物理只适用于微观粒子，对于宏观物质完全无效，如果硬拉在一起，就会产生很多奇奇怪怪的事，有些是发挥你野兽般的想象力也想象不到的，怪异到让你怀疑人生。事实上后来确实有很多人拿这只猫做文章，对这个实验进行各种深加工，弄出了很多烧脑的结论，大家有兴趣可以自行百度。
　　多说一句薛定谔本身是和爱因斯坦一个战壕，认为客观自由规律和确定性存在，所以他对波恩提出的波函数是概率分布的观念并不认同。虽然后来很多实验证实了概率的存在，薛定谔还是一直坚守自己的信念，一直到去世也没有屈服。
　　量子物理的世界就是这么奇怪，薛定谔发现了波函数，不过对波函数的最终解释却是由他的对手完成，波恩还靠这个拿到了诺贝尔奖，也是相当魔幻了。
　　薛定谔方程问世后，物理界基本上认同微观粒子一般是以波函数的形式弥散在空中，如果没有坍缩，波函数会一直持续下去。如果波函数坍缩，就会变成一个可观测的粒子。
　　那么问题来了，波函数什么时候会坍缩成粒子呢？既然不确定性和概率分布是微观粒子的主要特点，那么什么情况下粒子会表现出确定性呢？换句话说，微观状态下波和粒子之间切换的开关在哪儿？
　　五、双缝实验
　　关于这一点，有个著名的实验很能说明问题，也就是前面我们提到的双缝实验。
　　双缝实验一开始就是为了验证光是一种波还是粒子，一束光穿过两道缝隙，如果光是波，因为波的干涉作用，在缝隙后的背板上会产生明暗相间的条纹；如果光是粒子，只能直线通过缝隙，背板上展示的应该是和缝隙对应的两条明亮条纹。实验结果证明背板后产生了明暗相间条纹，证实了光肯定是一种波。
　　这个理论一直统治几百年，一直到德布罗意发现物质波以后，大家觉得如果电子也是波，那是不是可以用电子做双缝双缝实验。实验结果表明：如果用大量电子轰击双缝，背板会出现明暗相间的条纹，表现出明显波的特性。
　　那么问题来了，电子和光不一样，电子是确定无疑的粒子（至少从电子枪打出来的），按照正常逻辑，电子应该是沿直线通过双缝，背板上应该显示两条缝？明暗相间的条纹一定是中间变成了波，那么电子什么时候变成了波？
　　有一种解释是电子之间相互干扰，所以产生了明暗条纹。
　　为了验证这一点，物理学家决定化整为零，一个电子一个电子的打出去，排除电子之间互相干扰这种情况。实验结果让人瞠目结舌，每个电子都在背板上留下一个点，表现出明显的粒子特性，不过当电子数量增大，电子在背板的分布呈现明显的明暗条纹，表现出波的特性。
　　要知道，我们现在是一个电子一个电子之间的打，如果发生干涉，那只有一种可能，那就是电子同时穿过两条缝隙，自己和自己发生了干涉，要解释这种现象只能假设电子在中间环节变成一种波，所以才能同时穿过两条缝隙。
　　为了验证这种理论，科学家在缝隙的位置加了个观测器，到底看看电子通过了哪条缝，观测器显示的结果单个电子确实只通过其中的一条缝隙，至少在缝隙这个位置电子还是个粒子，没有变成波。
　　然而这个不是关键，让人惊奇的是穿过缝隙的电子在背板上打出的条纹变成了两条缝隙，电子在这个实验过程中完全变成了粒子！
　　咱们复盘一下，整个实验最诡异的地方在于，没有观测的时候电子表现出明显的波动性质，在实验装置完全不变的前提下，增加一个观测器，电子回归了粒子的本质。
　　难道我们不看的时候，电子在空间总弥散成波，当我们睁开眼睛的时候，电子瞬间变成一个粒子？意识的介入决定了坍缩的时机，是不是有点唯心主义的意思。
　　没错，这个就是哥本哈根派的解释，测量导致了波函数的坍缩。
　　哥本哈根派是观测说坚定的支持者，他们认为测量使得波函数坍缩为粒子，回归了经典物理学。在坍缩之前，是叠加态，各种状态各种可能性都有。只有在观测的那一瞬间，才按照概率展现为一种粒子形态，而这个概率严格跟波函数的计算结果吻合。
　　按照这种理论，测量之前，粒子作为波函数存在，表现出波的特性，所以会同时穿过两道缝隙，到达终点后因为测量的原因（挡板），波函数坍缩变为粒子，按照概率显示在挡板上，表现为明显的明暗相间波动条纹。
　　如果在缝隙处加测量设备，电子会提前坍缩为粒子，按照经典物理学公式，粒子穿过缝隙后打在挡板上，表现为和双缝对照的两个亮条纹。
　　这个理论一问世就引起轩然大波，首先跳出来的反对的是薛定谔，倒不是因为自己的研究成果被对手引用，主要是他对叠加态很不感冒。为了证明叠加态是胡扯，他研发了薛定谔的猫，利用一整套装置把原子衰变和猫的死活联系在一起，因为原子衰变是叠加态，处在既衰变又不衰变的状态，所以猫是也是叠加态，宏观上猫就成了既死又活，直到你观测的那一秒才决定。请大家注意，不是说开箱之前猫一直活着，而是说开箱前猫是生与死的叠加态，这个明显与常理不符合，所以薛定谔说你们这是胡扯。
　　哥本哈根学派解释说微观和宏观有界限，叠加态理论不适于宏观情况，原子和猫不能扯在一起说。不管大家怎么质问，他们翻来覆去就是这一句＂不适用于宏观状态＂，不过一句话顶一万句，任你东西南北风，我自岿然不动，大伙也拿他们没办法。
　　叠加态这事算是糊弄过去了。但是关于观测决定波函数坍塌的理论还是引出了一大波争议。
　　问题的关键是观测的定义，如果你只是加一个测量仪器，无论他怎么样精确，也只是机器，只有叠加了人的作用，机器才能没法成为测量仪器。人的介入也有很多种方式，眼看是观测，耳听、手摸是不也是最观测？顺着这个思路捋一遍，我们可以得出一个结论，人的意识介入才是观测。
　　这又引申出另外一个问题，什么是意识？
　　按照唯物论的说法，人的大脑说到底是由各种物质和神经线路组成，说白了就是一个超级计算机，意识本质上是算法，只不过对外界的应激反应更为复杂。按照这个理论，算法复杂到何种程度才算是有了意识呢？猫也有应激反应，猫的意识算不算意识？深蓝能够处理复杂的棋局，算不算意识？指南针总是倔强的把你掰歪的指针扭回南方，指南针是不是也有意识？如果意识导致坍缩，那么一个足够复杂的能够完全模拟人脑的计算机系统是不是也能导致波函数坍缩？
　　而且如果承认意识是客观存在，还存在另外一个悖论。你的大脑是一堆原子按照特定规律组合起来，假设把你的大脑完全复制（注意不是克隆），是不是会产生一个意识记忆完全一样的另外一个你？他会不会和你感同身受？
　　如果意识完全是主观，我们就能得到另外一个恐怖的结论，既然人的意识才能导致确定事件的发生，那么在人类没有诞生之前，世界难道是一片混沌？所以我们为＂上帝说，要有光于是有了光＂找到了物理依据？盘古开天辟地是人的意识导致了整个世界波函数坍塌，所以天地分离？物理学发展到最后要回归神学了？
　　大家看出来了吧，意识决定论太过匪夷所思，而且很多问题解释不了，所以对电子双缝实验一直有不同的解释。下面我们来介绍其中的几个，不过请大家扶稳坐好，这些解释都是天马行空，有些比意识决定论脑洞开的还大，大家看看就好，全当头脑风暴了。
　　六、 双缝实验的不同解释
　　解释一，平行宇宙理论。
　　这一伙人认为波函数一直都没有坍缩，包括我们人在内的整个宇宙一直都处于叠加态中，每一种状态都在同时发生。＂我们观测到电子穿过左缝＂成为一个历史，＂我们观察到电子穿过右缝＂成为另外一个历史，两个历史同时发生，并在两个世界各自发展。
　　薛定谔的猫实验中，原子和探测器纠缠、和猫纠缠，当我们观测时又和我们纠缠，每一次纠缠都产生环境退相干，量子态存在多个选择时，每个都会发生，每一个都会产生另外一个平行世界，多个世界平行发展。我们都在平行宇宙各自生活。这个世界中我们观察到猫死了，另外一个世界中猫还活着。
　　这种解释完美回避了波函数坍缩的问题，从数学上来讲更严谨，不过这个理论如果成立，那就有无数个自己，各自生活。这个世界里你是杨白劳，另外一个世界里你可能就是黄世仁，这个世界里你被校花残忍拒绝，别的空间里你已经和校花携手走进婚姻殿堂。
　　不过这个理论没告诉你怎么选择自己喜欢的世界，如果突破这一科技难题，相信这个理论将会广受大伙欢迎。
　　平行宇宙的说法有一个很大的悖论，按照这个说法，所有的事情都会发生。比如肯尼迪被刺杀，按照平行世界的说法，肯尼迪在另外一个世界里还活的好好的（没被击中的概率虽然非常小，但是按照平行世界说法，总会发生）。那么对于肯尼迪来说，是不是他永远不死？因为每次导致死亡的事件中，总会有另外一个分支让你生存下来。再引申一下，对自我意识来说，是不是人永远不会死？因为你总会活在让你生存的那个世界中。想象一下天堂、地域、阴曹地府之类的东西，是不是有点毛骨悚然。别人的世界里你已经死了，在你的意识中你还另一个世界活的好好的，乖乖，又走上神学的思路了。
　　解释二，多维世界理论。
　　这个其实是平行宇宙理论的一个变种。如果把宇宙比作一个整体，其实一直以波函数的形式在不断演变，但是宇宙是无限的，而我们生活的世界是有限的。比如电子的运动就是微观世界，我们生活的是中观世界，扩大到太阳系就是宏观世界。研究范围越大，里面的粒子就越来越多，而越来越多的粒子带来的就是维度的增加。
　　这个维度并不是实际的空间时间维度，只是世界状态的一种描述。比如我们描述一个粒子，可以用xyz和q（x）q(Y)q(z)六个变量来描述，其中xyz是在三维坐标的投影，代表位置。q（x）q(Y)q(z)代表粒子在三个方向的动量。这就是一个六维空间，现在增加一个粒子，增加的粒子也有六个状态，也就是六个维度，这时候系统变成12个维度了。对了，每一个小世界都会对应一个n多个维度的状态，维度多少取决于你的世界包含的粒子个数。当然这个数可能很大，但总有个确定的值。按照这个理论，微观世界维度很小，比如两个电子可能就是12个维度。越宏观，维度越大，因为你引入了越来越多的粒子，比如测量设备、观测者都是粒子组成的。所谓的是小世界，也就是各种维度空间组成。有这个概念，我们再来看双缝实验。
　　宇宙的运行是一定的，我们能感知的只是宇宙态矢量在我们世界的投影。如果不引入观测者，电子双缝实验维度很少，穿过左缝和穿过右缝的世界（可以理解为维度组合）不能完全垂直，电子的态矢量在两个世界的投影互相影响，结果就是电子同时穿过左缝和右缝。如果引入测量仪器和观测人，维度增加n多倍，我们观察到电子穿左缝的世界和我们观察到电子穿右缝的世界完全垂直，感受不到互相的存在，客观就是我们只看到电子通过左缝或通过右缝。
　　所以并不是有很多历史同时发生，历史只有一个，只不过在我们的世界投影成我们看到的样子。所以平行宇宙，严格的叫法应该是平行世界，因为宇宙只有一个，投射的世界有多个。
　　有点像佛家的世界观，世界是一个本体，我们只是看到一个相，好比金鱼不同的角度看到的金鱼运动方向不一致，但实际上是一回事。
　　解释三：隐变量理论。
　　这个理论核心思想就是没有什么叠加态也没有波函数坍塌，我们观察到这么多不可思议的现象，只不过是因为有些规律我们还没掌握。这个说法是从德布罗意的导波的概念来的，德布罗意承认波粒二象性，不过他认为二者不是互相转换，而是同时存在。电子始终是一个粒子，电子运动过程中随时跟随着波动，有点类似电影《独立日》里外星飞船周围看不见摸不着的保护磁场，波动和粒子的运动互相影响，导致电子在穿过双缝后，互相干涉的波动推动电子在屏幕上形成干涉条纹。事实上，油滴实验已经复现了这种＂粒子加波动＂导致的干涉现象。
　　至于观测导致的不确定性，玻姆解释说是因为测量设备会和电子周围的波产生作用，影响了电子的运动，这种作用由隐变量造成的，无法预测。
　　隐变量只是对电子波粒二象性阐述更客观，不过回避了观测导致的实验结果变化这个问题，只说＂有看不见的手操纵了这一切＂，这一句跟著名的＂叠加态不适用于宏观＂有异曲同工之妙，都是无招胜有招的非常规打法。
　　解释四：系综解释。
　　这一派是实用主义，他们认为既然电子的行为无法理解，那我们就不讨论了。所有关于量子理论的公式都是一个随机的统计数据，波函数给出的概率没有问题，但这个是统计意义上的概率，只有大量电子同时穿过双缝时才能发生作用。单个电子？对不起，我们系综领域没有这个概念，讨论单个电子还不如聊聊上帝呢。大概是这么个意思，这一派基本上就是把头埋进沙子里的鸵鸟，只要理论上能解释通就行了,至于什么实验数据，鬼才关心。
　　解释五：GRW理论。
　　这一派认为粒子从弥散到坍缩是一个客观规律，不以人的意志为转移。不过坍缩的周期比较长，一般十亿年才坍缩一次，所以微观上看一个电子肯定是弥散状态。可是多个粒子集合到一起变成宏观以后，性质发生了变化。同一时刻总会有很多粒子达到10亿年的坍缩时间，而且粒子之间的坍缩会互相影响，叠加起来坍缩的时间就大大缩小。比如宏观世界，人体平均零点几秒就坍缩一次，这个过程也叫定域，所以我们才能感受到自己实实在在的存在，而不是飘散在空中到处都是。
　　电子在没有观测器之前是波函数的形式存在，一旦引入测量仪器和观察的人，粒子数量几何增长，互相影响之下，所有粒子都坍缩，我们才看到电子从固定的一条缝隙穿过。
　　这个理论把观测从理论中去除，大伙不用费心劳力解释意识或者平行世界这些虚幻的东西。不过问题也很明显，还是没有解释为啥会发生坍缩。另外有刺头根据他们这个理论做了复杂运算，发现如果把实验设备尽量简化，仅仅用光子击打一块感光板，所以这些粒子个数加起来，坍缩时间应该有一年。按照这个推论，这一套体系应该一直处于弥散状态，光子在感光板上的痕迹，应该一年以后才能看到，这与实验事实不符。
　　不过GRW的粉丝说，如果把人也加到系统里，坍缩时间就是瞬间了。也就是说如果没人看，感光板上就没有光子，有人看就能看到光子。好吧，你们高兴就好。
　　七、贝尔不等式
　　不确定性和叠加态坍缩是量子物理的基本盘，不过咱们上面说过了，对于坍缩一直没有特别好的解释，无论是意识决定论还是平行宇宙，都有点太过匪夷所思。爱因斯坦一直对这个不感冒，他联合另外两个小伙伴，一块提出了EPR佯谬。这个理论说，如果用某种方式制造两个纠缠的量子，然后把其中的一个送到天边，按照量子理论，这两个粒子现在处于叠加态纠缠在一起，纠缠量子一个被观测后另外一个马上得到消息，并作出相反的动作，这个传输是瞬间，不管他们在什么距离范围内。可是按照这个推论，这种信息传播速度超越光速，与相对论违背，与定域性发生冲突。
　　所以爱因斯坦说，这两粒子的状态在分开时就已经确定了，粒子之间不可能隔空打call。
　　哥本哈跟派都没吭声，一方面因为爱因斯坦是大拿，拿出相对论的大帽子压人，谁也不敢说什么。另外一方面这个东西确实不好通过实验证实，因为能量守恒，两个粒子旋向相反，这一点无论爱因斯坦还是哥本哈根派都认，可是光凭这一结果没法证实是观测的时候两个粒子才互相商量，还是纠缠粒子分离的时候就已经确定。
　　不过有个贝尔的爱因斯坦粉丝，决定帮老师一把，说EPR佯谬可以被实验证实。原理是虽然粒子遵守能量守恒定律，旋向总是相反，可是转轴却不固定，如果在空间三个方向分别测量两个纠缠粒子的旋向，转轴应该是测量时才会确定。把转轴（实际上把测量方向也作为一个变量引入实验）也引入实验中，就可以看出测量到底对结果有没有影响。按照这个理论，他推导出贝尔不等式，如果粒子的旋向分开时就确定，贝尔不等式永远成立。论文发表以后，贝尔洋洋得意，量子物理学家，你们敢不敢试一试？
　　没过多久，贝尔就被打脸了，一个接一个实验推翻了贝尔不等式，量子纠缠被实验证实，并不是两个粒子在分开时就商量好转向，而是在观测时，被观测的粒子影响了另外一个粒子。这就证实了观测的作用，纠缠光子的自旋方向，并不是一开始就确定，而完全取决于你的观测方向，换句话说，你让他在哪个轴他就绕哪个轴，只不过旋向一定相反，量子物理是正确的。
　　这种作用是超越光速，事实上在观测之前，两个纠缠粒子可以看成一个，不管他们离的多远，他们还是一个东西，观测的一瞬间才真正分离。贝尔摸着红肿的脸，为自己的神助攻给爱因斯坦道歉，对不起老师，我真不是卧底。
　　多说一句，如何理解量子的纠缠态，比如两个电子相撞，本身各有波函数（注意一定要理解为波），碰撞以后融合成一个波函数，这时候两个电子就纠缠在一起，依据能量守恒定律，其中一个坍缩，另外一个也同时坍缩，并且结合起来能量守恒。
　　八、尾声
　　整体上来说，微观世界的研究表明，世界的本质是不确定的，越到微观这种不确定性越明显，我们感觉不到物质飘忽不定，只是因为宏观世界粒子的数量足够大，不确定性叠加导致确定性的发生。这种变化叫坍缩或者退相干或者平行宇宙。但是微观和宏观界限并不明显，也就是世界什么时候由不确定性转变为确定性，这个还没搞清楚。
　　再聊聊量子物理的应用。严格意义上说，量子物理还没有得到真正的应用。我们现在说的所谓半导体、原子钟、原子弹，都只是停留在粒子应用层面。
　　量子物理的应用目前看有两个方向，两者都利用了量子的叠加态。第一是量子计算，利用一个量子比特可以同时表示为0和1的特性，使计算效率成指数级增长。计算能力的飞跃首先会对现有的加密体系产生颠覆性作用。现有的加密体系都是利用大数字分解质因数困难的特性，但是使用量子计算，再大的数分解质因数也就是分分钟的事，谁掌握了这种技术，现有加密体系将对他完全透明。第二是量子通信，成对发射纠缠态的两个量子，每个量子携带一个状态，一个确定为0，另外一个瞬间变为1。量子通信具有保密性强，大容量，远距离的特点，也就是爱因斯坦所说的鬼魅似的传播。
　　不过这两项技术都还在实验阶段，没有真正投用，大家也看不到应用价值。将来如果在哪个方向有突破，社会关注度增加，天量的资金就会蜂拥而上，使劲在研发上砸钱。大家千万不要小看资本逐利的动力，世界上大多数技术突破都是先由政府主导（军事应用），一旦点了科技树，民间资本就会扑上来，把技术玩出各种花样，到时候没准能在各个领域带来翻天覆地的变化，引领下一场科技革命。