第29章
量子名可名、非常名：无限可能

“量子”的运行像跳台阶，只能从一台阶跳到另一台阶，而不能“悬浮”在两台阶之间。“量子”的第一特征，是具有不连续的、跳跃的、突变的特性。量子世界是众妙之门，其深刻的奥妙和神奇，大大超出人们的日常经验和感受，难以用惯常的话语去描述。人们只好发明一些新词去逼近，如波粒二象性、测不准原理、电子云等等，以近似描绘那个新奇的世界。

我们都有这样的经验，一个被扣在细绳上的锁，当甩转起来，人们就看到了一个围绕着手进行圆周运动的“卫星”，这就是我们通常看到的经典状态；当快速甩转起来，我们就看不到绳子和锁，似乎只看到一片云，如平板，而且没法瞬间确定绳和锁在哪个位置，这近似演示量子状态，如果速度无限快近光速，实验空间再小到纳米以下，那就是完全真正的量子世界。

在无限小世界发生的一切并不由宏观世界的法则所支配，即量子世界的一切不同于经典世界的一切。而这量子世界不仅仅包括无限小的世界，还包括符合量子法则、呈现量子现象的宏观世界。

是驴又是马、非驴又非马的量子独特现象有许多，下面简述几种。

波粒二象性。微观基本粒子符合波粒二象性，即同时具有粒子和波的特性，在不同的条件下呈现出不同的偏好。这打破了物质世界在本原上只有唯一可能性的僵化观念。光既具有粒子的性质又具有波的性质，或者说，光既不是人们想象中的粒子，也不是人们想象中的波。波动性和粒子性存在于一身的粒子，叫量子粒子。需要运用不同波函数和叠加态去描写量子粒子。

波粒二象性使得人们在对事物的理解中，必须引入不同于“经典概率”的“量子几率”概念来预测出现的可能性。

薛定谔猫。这是一个思想实验：在一个观察窗关闭的盒子里，用一个放射性原子控制毒气开关，该原子具有衰变或未衰变的两种随机状态，盒子里再放一只猫，原子衰变猫则亡，原子未衰变猫则存，猫的生死与原子状态发生关联。观察窗未打开时，猫亦生亦死；观察窗打开时，猫要么是生，要么是死，取决于观察，两者必定选其一。原子的奇异量子特性直接导致猫的尴尬，而与体系大小无关。只在开箱的一刹那才能确定猫的死活。这成为了一个著名而引起无数争议的故事。

量子干涉。让一个粒子穿越一堵墙，而这墙上有两个洞时，量子物理揭示粒子同时穿越了两个洞，因为这些粒子是波，可以同时穿越几个地方，给人以无处不在的感受。穿越两个洞后的粒子以波的方式互相干涉、抵消或者加强，在经典视界这是完全不可能的。

量子状态叠加。经典世界的人、或者说生活在经典态世界的人，在哪存在是确定的，要么在这里，要么就在那里，在某一个时间里的人只能在某一个地方，反正一个人不可能同时踏进两条河流。而量子世界、或者量子态的世界里，一个实体，可以同时踏进两条河流，可以同时出现在不同的地方，甚至几乎无处不在。这有点像《西游记》中的孙悟空，抓根毫毛一吹，就可以在不同的地方同时现身。量子正是有这么一个非常奇怪的特征：一个实体，多个平行存在，几乎无处在、无处不在。

经典粒子，不存在不可思议的状态，都出现在确定的位置，出没的可能性（概率）叠加，是各粒子概率的简单加和，这看上去就像在沙滩数沙石，总沙石等于各沙石量的加和。量子粒子，神出鬼没、分身有术，能处于两个状态的叠加态，称为量子态，出没的可能性是粒子各波的相位叠加，相位相互可为正或者负，叠加后的可能性有时增加，有时减少，甚至有时变成零，这看上去就像海边看波浪，不同节奏的波浪，波峰浪谷不齐步，会出现相互冲抵。

量子论认为，粒子未被测量时，同时处于所有可能的状态，每种状态存在一定的概率。而在观测后，这种叠加状态坍塌为唯一一种确定的经典状态、即明晰准确肯定的状态，显示为观测结果。而在经典世界里，观察一种现象并不会改变它。

“电子无处不在，而又无处在”，即被观察对象所展现的样子，取决于观察方法。同一对象展现的不同样子可能互相排斥，但必须要同时用于此对象的描述中，这就是玻尔的“互补原理”。这一原理和波恩的几率解释、海森堡的测不准原理，三者一起构成有关非定域、非确定、非决定论的量子论的著名“哥本哈根解释”。

量子振荡。量子展现出一种独特的、能在两个亚稳态、不稳定状态间徘徊振荡，就像在两个不同的凹陷的谷底振荡、交替存在，不会静止、常处动态。这与经典物理的静止确定状态是不一样的。

量子纠缠。共同来源的两个量子，当处于纠缠时，无论相隔多遥远，其同时发生变化的默契极快，超乎想象。一如传说中心灵感应般协同运动。这种纠缠用光速都无法想象，因为其瞬间发生的联系极其迅捷。如果说响应快于光速，显然违背光是宇宙最快的常识，但如果假想量子纠缠的两个粒子是既无限小又无限大的一个整体，矛盾倒有可能轻松化解。可以想象为，其小则为两个微观粒子，大则为跨越宇宙的一个连接整体。就像无线电，作为一种电磁波，无形无色无味，与宇宙相比，人们可能认为非常微弱，覆盖范围很小，但是只要接受器充分灵敏，理论上就可以发现它覆盖范围很大，波及整个宇宙。

测不准原理。1927年，德国物理学家海森堡发现微观粒子的位置（p）与动量（q）不能被同时准确测量，非常奇妙，故形成著名的“测不准原理”。过去人们都已经惯性地认为，即给定物体运动的初始位置和所受作用力，就可以计算出物体运动“轨道”，并由此预测今后任何时刻的方位。泡利打了一个比方：你可用p眼看世界，也可用q眼看世界，但当你双眼同时睁开，你就会头昏眼花。因为这个世界是眼花缭乱，没有“轨道”，只有“轨迹”。

测不准原理是量子叠加的推论。对量子而言，一个完全确定速度的粒子状态，是所有不同位置的粒子状态的叠加；一个完全确定位置的粒子状态，是所有不同速度的粒子状态的叠加。所以速度的完全确定就导致了位置的完全不确定。而位置的完全确定又导致了速度的完全不确定。位置和速度都确定的粒子根本就不存在。大多日常宏观感知中所谓同时有位置和速度的粒子，其实是位置和速度都有些不确定的粒子，只不过这个不确定非常小，以前没有被充分注意到。但这个在宏观世界非常小的不确定性，到了微观世界，就成为非常明显的不确定性，并彻底颠覆了经典力学的看法，彻底改变了人们对世界的认知。

波函数及其崩塌。我借用肥皂泡来描述。波函数就像肥皂泡泡，升腾而起、自由变形、反射着光怪陆离世界各种可能性的彩球。一旦被微扰，如手指点击、微风侵扰，肥皂泡泡就被击破而变为现实中的水滴，这就犹如主体观测而导致客体波函数的崩塌。有趣的是，这些肥皂泡泡，也就像一个一个自由展现的波函数，如果相互碰撞，可能会崩塌泯灭为液滴，也可能会碰撞融合成为更大的虚幻液膜泡泡球，到底会成为哪一种，完全测不准，取决于具体环境和条件。