有些詞語(yǔ)如果不是登上了頭條的話，我們大概總也想不起來(lái)，比如說(shuō)“量子”。最近一次我注意到這個(gè)詞語(yǔ)還是在《蟻人2》這部電影中，什么“量子世界”、“量子能量”、“量子隧道”隨處可見(jiàn)的“量子”將整部電影的逼格提升了至少一個(gè)“量子”的臺(tái)階。不過(guò)“量子”究竟指的是什么呢？就像我們知道的很多概念一樣，隱約知道它的意思，但想要詳細(xì)的解釋卻無(wú)從開(kāi)口。

關(guān)于量子

在網(wǎng)絡(luò)上可以看到很多話題，有問(wèn)“量子到底存在嗎？”有問(wèn)“量子是什么啊？”還有討論“量子針灸”的，有用“量子力學(xué)”套宗教和心靈感應(yīng)的，還有用“量子力學(xué)”解釋靈魂和自由意志等“形而上學(xué)”的。（關(guān)于形而上學(xué)的解釋可以參見(jiàn)我的上一篇文章https://www.toutiao.com/i6632828507669922307/）

那量子究竟是什么呢？

有人說(shuō)“我知道分子、原子，想必量子也是這么一個(gè)類似的東西吧，你看隔壁的王大媽拿著量子茶杯喝著量子水，家里的保健器械很多也帶著“量子”標(biāo)志?！备舯谕醮髬屵M(jìn)入了“量子世界”怎么掙脫出來(lái)是王大媽兒女的事，不過(guò)可以肯定的是不會(huì)比初代“黃蜂女”從“量子世界”逃脫要難。重點(diǎn)是我們?cè)趺磾[脫這個(gè)“量子陷阱”，本來(lái)就掙得不多還要給“量子”買(mǎi)單，太虧了。

所以為了防止我們落入“量子陷阱”，讓我們了解一下“量子”，以及20世紀(jì)物理學(xué)兩大支柱之一的“量子力學(xué)”。

量子一詞來(lái)自拉丁語(yǔ)quantus，意為“有多少”，代表“相當(dāng)數(shù)量的某物質(zhì)”。這是量子一詞本來(lái)的意思。

而在物理學(xué)中的定義則是：一個(gè)物理量如果存在最小的不可分割的基本單位，則這個(gè)物理量是量子化的，并把最小單位稱為量子。指一個(gè)不可分割的基本個(gè)體。例如，“光的量子”（光子）是一定頻率的光的基本能量單位。而量子力學(xué)是則研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科，是研究原子、分子以至原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的基本理論。

量子與量子力學(xué)似乎是最近這幾年突然火起來(lái)的，先是《生活大爆炸》中幾位物理學(xué)家為大家科普了一下量子力學(xué)的知識(shí)，緊接著中國(guó)的量子衛(wèi)星發(fā)射上天，然后量子計(jì)算機(jī)的消息又被炒得火熱。一直在物理學(xué)家圈子的話題也成為了普通人討論的對(duì)象，這讓人不經(jīng)有一種錯(cuò)覺(jué)，仿佛量子力學(xué)剛剛被發(fā)現(xiàn)一樣。

但是注意，我說(shuō)過(guò)“量子力學(xué)”是20世紀(jì)物理學(xué)兩大支柱之一（另一個(gè)是廣義相對(duì)論），因?yàn)榱孔恿W(xué)正好誕生于1900年，真是巧合啊，在人類邁入新世紀(jì)的第一年。

在1900年，普朗克計(jì)算一個(gè)“熱匣子”內(nèi)處于平衡態(tài)的電磁場(chǎng)。為此他用了一個(gè)巧妙的方法：假設(shè)電磁場(chǎng)能量都分布在一個(gè)個(gè)的“量子”上，也就是說(shuō)能量是一包一包或一塊一塊的。用這個(gè)方法計(jì)算出的結(jié)果與測(cè)量得到的數(shù)據(jù)完全吻合（可見(jiàn)在一百多年前，普朗克就回答了量子是存在的問(wèn)題）。

普朗克大神發(fā)際線感人

但是普朗克得到的結(jié)果與當(dāng)時(shí)人們的認(rèn)知完全不一樣，人們認(rèn)為能量是連續(xù)變動(dòng)的。同樣對(duì)于普朗克來(lái)說(shuō)，把能量視為一個(gè)個(gè)能量包塊的集合只是計(jì)算上使用的一個(gè)特殊策略，他自己也不知道為什么這個(gè)辦法就會(huì)奏效（劃重點(diǎn)），真正確認(rèn)這些“能量包”存在的是愛(ài)因斯坦（現(xiàn)在知道愛(ài)因斯坦地位為什么這么高了吧，20世紀(jì)兩大物理學(xué)支柱，廣義相對(duì)論是由愛(ài)因斯坦憑借一己之力思考、孕育出來(lái)的，而在量子力學(xué)領(lǐng)域，愛(ài)因斯坦也起到了至關(guān)重要的的作用）。

這個(gè)人就不介紹了

他在《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn)》這篇論文中是這么說(shuō)的“確實(shí)現(xiàn)在在我看來(lái)，關(guān)于黑體輻射，光致發(fā)光、紫外光產(chǎn)生陰極射線，以及其他一些有關(guān)光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象的觀察，如果用光的能量在空間中不是連續(xù)分布的這種假說(shuō)來(lái)解釋．似乎就更好理解。按照這里所設(shè)想的假設(shè)，從點(diǎn)光源發(fā)射出來(lái)的光束的能量在傳播中不是連續(xù)分布在越來(lái)越大的空間之中，而是由個(gè)數(shù)有限的、局限在空間各點(diǎn)的能量子所組成，這些能量子能夠運(yùn)動(dòng)，但不能再分割，而只能整個(gè)地被吸收或產(chǎn)生出來(lái)。”

這是量子理論誕生的真正宣言，如果說(shuō)普朗克是量子理論之父的話，那愛(ài)因斯坦就是讓這項(xiàng)理論茁壯成長(zhǎng)的養(yǎng)育者，也是憑借這項(xiàng)研究愛(ài)因斯坦獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，但有意思的是愛(ài)因斯坦拋棄了他“養(yǎng)育”的理論，之后的發(fā)現(xiàn)是如此“荒謬”，以至于他一有機(jī)會(huì)就抱怨，說(shuō)這實(shí)在太不合理了。

丹尼斯·玻爾

在愛(ài)因斯坦之后，也就是20世紀(jì)10—20年代，丹尼斯·玻爾（他是愛(ài)因斯坦最強(qiáng)勁的對(duì)手）繼續(xù)引領(lǐng)這一理論的發(fā)展。玻爾了解到原子內(nèi)電子的能量和光能一樣，只能是特定值，更重要的是，電子只有在特定能量下才能從一個(gè)原子軌道“跳躍”到另一個(gè)原子軌道，并同時(shí)釋放或吸收一個(gè)光子，這就是著名的“量子躍遷”。

而到了1925年，維爾納·海森堡終于為這個(gè)新理論列出了方程，從而取代了整個(gè)牛頓力學(xué)。不過(guò)海森堡所依據(jù)的理念是非常讓人暈頭轉(zhuǎn)向的。

維爾納·海森堡

海森堡說(shuō)，電子并非一直存在，只有在人看到它們時(shí)，或者更確切地說(shuō)，只有和其他東西相作用的時(shí)候，它們才會(huì)存在。當(dāng)它們與其他東西相撞時(shí)，就會(huì)以一個(gè)可以計(jì)算的概率在某個(gè)地方出現(xiàn)。從一個(gè)軌道到另一個(gè)軌道的“量子躍遷”是它們現(xiàn)身的唯一方式：一個(gè)電子就是相互作用下的一連串跳躍，如果沒(méi)有受到打擾，電子就沒(méi)有固定的棲身之所，它甚至不會(huì)存在于一個(gè)所謂的“地方”。

在海森伯等人建立了量子矩陣力學(xué)的同時(shí)，同是的諸位物理學(xué)大神不斷為量子理論添磚加瓦，德布羅意提出“物質(zhì)波”概念，即一切物質(zhì)粒子均具備波粒二象性，薛定諤建立了量子波動(dòng)力學(xué)。直到1928年，英國(guó)物理學(xué)家狄拉克完成了矩陣力學(xué)和波動(dòng)力學(xué)之間的數(shù)學(xué)等價(jià)證明，對(duì)量子力學(xué)理論進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，并將兩大理論體系——相對(duì)論和量子力學(xué)成功地結(jié)合起來(lái)，揭開(kāi)了量子場(chǎng)論的序幕。

直到今天，一個(gè)多世紀(jì)過(guò)去了，量子力學(xué)的方程以及用他們得出的結(jié)果每天都被應(yīng)用在物理、工程、化學(xué)、生物乃至更廣闊的領(lǐng)域中。量子力學(xué)對(duì)于當(dāng)代科學(xué)的整體發(fā)展有著至關(guān)重要的意義。沒(méi)有量子力學(xué)基礎(chǔ)，就不會(huì)制造出激光器，就不會(huì)有處理器、存儲(chǔ)器，也不會(huì)有納米材料、超導(dǎo)材料等等新型材料，可以說(shuō)沒(méi)有量子力學(xué)，就不會(huì)有今天的信息時(shí)代。

但我們也還停留在原點(diǎn)，量子力學(xué)的方程對(duì)我們依然十分神秘，因?yàn)樗⒉幻枋鲆粋€(gè)物理系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生了什么，而只說(shuō)明一個(gè)物理系統(tǒng)是如何影響另外一個(gè)物理系統(tǒng)的。這是否意味著系統(tǒng)的真是存在是無(wú)法被描述的？是否意味著我們還缺少一塊拼圖？或者，是否意味著我們要接受“所謂的真實(shí)是相互作用造成的”？

但有一點(diǎn)可以確認(rèn)，目前沒(méi)有任何生命現(xiàn)象被確認(rèn)存在量子效應(yīng)。一些生命現(xiàn)象被猜測(cè)可能存在量子效應(yīng)，但那只是一部分人的假說(shuō)，從未被證實(shí)。宗教、迷信樂(lè)意拿量子概念為靈魂、心靈感應(yīng)拼湊存在的理由；神棍、保健品騙子樂(lè)意用量子去“解釋”生命現(xiàn)象，并制造出價(jià)格不菲的“量子保健”器材。這些都是騙人的，因?yàn)樗鼈兘y(tǒng)統(tǒng)與量子無(wú)關(guān)。