如果你完全不懂量子力學(xué)，請(qǐng)放心大膽地往下看，我保 證不用任何公式就能讓你秒懂，連 1+1=2 的幼兒園數(shù)學(xué)基 礎(chǔ)都不需要。 如果你自以為懂量子力學(xué)，也請(qǐng)放心大膽地往下看，我保證你看完會(huì)仰天長(zhǎng)嘆: 什么是 量子力學(xué) 啊?! 正如量子力學(xué)大師兼撩妹大師理查德·費(fèi)曼的名言: “從前，據(jù)說(shuō)世界上只有 12 個(gè)人懂相對(duì)論— 我可不信。也許曾經(jīng)只有 1 個(gè)人懂相對(duì)論，但當(dāng)人們看了他的論文 以后，懂的人肯定不止 12 個(gè)。然而另一方面，我可以有把 握地說(shuō)沒(méi)有人懂量子力學(xué)。 —換句話說(shuō)，誰(shuí)要是覺(jué)得自己徹底搞懂了量子力學(xué)， 那他肯定不是真懂。 在燒腦、反直覺(jué)和“毀人三觀”方面，恐怕沒(méi)有任何學(xué)科能夠和量子力學(xué)相比。如果把理工男最?lèi)?ài)的大學(xué)比作霍格沃茲魔法學(xué)校，那么唯一可以和量子力學(xué)專(zhuān)業(yè)相提并論的，只能是黑魔法。 然而，量子理論之所以看上去如此神秘，并不是因?yàn)槲锢韺W(xué)家的故弄玄虛。其實(shí)，在量子理論誕生之初的搖籃時(shí)期， 它原本只是一門(mén)人畜無(wú)害的學(xué)科，專(zhuān)門(mén)研究電子、光子之類(lèi) 的小玩意兒。而“量子”這個(gè)現(xiàn)在看來(lái)很牛的名詞，本意不 過(guò)是指微觀世界中“一份一份”的不連續(xù)能量。 這一切，都源于一次物理學(xué)的靈異事件...... 百年戰(zhàn)爭(zhēng) 20 世紀(jì)初，物理學(xué)家開(kāi)始重點(diǎn)糾結(jié)一個(gè)其實(shí)已經(jīng)糾結(jié) 了上百年的問(wèn)題: 光，到底是波還是粒子? 所謂粒子，可以想象成一顆光滑的小球球。每個(gè)粒子有確定的位置和速度，運(yùn)動(dòng)時(shí)直線前進(jìn)，相撞時(shí)會(huì)按一定角度反彈。每當(dāng)你打開(kāi)手電，無(wú)數(shù)光子就像出膛的炮彈一樣，筆直地射向遠(yuǎn)方。很多著名科學(xué)家(牛頓、愛(ài)因斯坦、普朗克、康普頓) 做了很多權(quán)威的實(shí)驗(yàn) a，確鑿無(wú)疑地證明了光是一種粒子。 比如，就拿讓愛(ài)因斯坦得諾獎(jiǎng)的經(jīng)典光學(xué)實(shí)驗(yàn)“光電 效應(yīng)”來(lái)說(shuō)吧。人們發(fā)現(xiàn)，光照到一塊金屬上，金屬的表面 居然會(huì)產(chǎn)生電流;而且更詭異的是，這種現(xiàn)象對(duì)光的強(qiáng)度完 全無(wú)感，只與光的頻率有關(guān)。如果頻率不夠，無(wú)論用多強(qiáng) 的光照射金屬板，光電效應(yīng)都不會(huì)發(fā)生;反過(guò)來(lái)，只要光頻 率剛剛越過(guò)一個(gè)門(mén)檻值，再微弱的光線都可以觸發(fā)光電效應(yīng)， 只不過(guò)產(chǎn)生的電流比較小而已。 今天看來(lái)，這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)單到被寫(xiě)進(jìn)高 中物理教科書(shū)，成為高考物理卷的必考知識(shí)點(diǎn)，當(dāng)年卻讓眾 多科學(xué)大佬一籌莫展。電子吸收了光能，掙脫原子核的電磁力束縛跑來(lái)，從而形成了電流 —這部分很容易理解; 但是，你怎么解釋“頻率門(mén)檻”的事情?按理說(shuō)，更強(qiáng)的 光可以給電子提供更多能量，延長(zhǎng)光照時(shí)間應(yīng)該也可以攢下 足夠的能量形成電流，可這兩種預(yù)想中的場(chǎng)景在現(xiàn)實(shí)中偏偏從未發(fā)生。 如果把光看作一種波，一種連綿不絕、可以無(wú)限細(xì)分的能量，那么這個(gè)問(wèn)題恐怕永遠(yuǎn)無(wú)解。第一個(gè)想通的還是當(dāng)之無(wú)愧的愛(ài)因斯坦大神:每個(gè)電子只能吸收 1 個(gè)光子的能量， 一旦這個(gè)光子的能量(和頻率成正比)足夠逃脫原子核的囚 籠，電子就能“越獄”成功，否則只能把這份能量物歸原主。 更多的光子(光強(qiáng))和更長(zhǎng)的照射時(shí)間對(duì)單個(gè)電子而言毫無(wú) 意義，因?yàn)樗�并不能攢下兩個(gè)光子! 既然光都能分成一個(gè)兩個(gè)的光子，那它自然只能是粒子 了— 這種“異端邪說(shuō)”立刻引爆了學(xué)術(shù)界，因?yàn)樵诠怆娦?應(yīng)之前，已經(jīng)有很多比當(dāng)年 26 歲的愛(ài)因斯坦更著名的科學(xué)家(惠更斯、托馬斯·楊、麥克斯韋、赫茲)做了很多更權(quán) 威的實(shí)驗(yàn)，確鑿無(wú)疑地證明了光是一種波，電磁波。 所謂波，就像往河里扔塊石頭，產(chǎn)生的水波紋一樣。如果把光看作一種波，可以完美解釋干涉、衍射、偏振等經(jīng)典光學(xué)現(xiàn)象。 既然有的專(zhuān)家認(rèn)為光是粒子，也有的堅(jiān)信光是波，那么我們可以輕松得出結(jié)論:光既是波又是粒子。好的，本集內(nèi)容到此結(jié)束，感謝您的閱讀，我們下集再見(jiàn)...... 千面之神 說(shuō)到信仰，我且問(wèn)你:《權(quán)力的游戲》中，信奉七神 的維斯特洛人民，為何偏要與信奉舊神的野人拼個(gè)你死 我活? 古往今來(lái)，人類(lèi)為了信仰爭(zhēng)端大開(kāi)殺戒，早已不足為奇。 在這方面，西方唯一的和諧社會(huì)可能是古希臘:他們的神多 達(dá)百八十號(hào)，有的管天上，有的管地下，還有的專(zhuān)管“啪啪 啪”，各路神仙各司其職，倒也井水不犯河水。人稱(chēng):希臘眾神要命的是，科學(xué)家信仰的神只有一個(gè)，而且是放之宇宙而皆準(zhǔn)的全能大神。 這位神祇的名字，叫作真理。 大到宇宙的誕生，小到原子的運(yùn)轉(zhuǎn)，科學(xué)家相信，這個(gè)世界的萬(wàn)事萬(wàn)物都是基于同一個(gè)規(guī)律，可以用同一個(gè)理論，甚至同一套方程解釋一切。 比如，讓蘋(píng)果掉下來(lái)把牛頓砸暈的是萬(wàn)有引力，讓月亮懸在太空中掉不下來(lái)的也是萬(wàn)有引力;用同一個(gè)方程，既能算出地球的質(zhì)量，也能讓馬斯克的“獵鷹 9 號(hào)”火箭上天， 這就是科學(xué)的威力。 什么?想要一個(gè)宇宙、兩種規(guī)律? 對(duì)不起兄弟，別在科學(xué)界混了，您可以去跳個(gè)槽。當(dāng)然，科學(xué)界也沒(méi)有誰(shuí)敢自稱(chēng)真理代言人，就連牛頓謙虛起來(lái)都是這樣的:“我只是一個(gè)在海灘上撿貝殼的孩子，而真理的大海，我還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)啊!” 就算是撿貝殼，撿得多了，說(shuō)不定拼到一起就能窺見(jiàn)真理之神的全貌呢! 整個(gè)科學(xué)史，就像一個(gè)集卡拼圖的過(guò)程。做實(shí)驗(yàn)的每發(fā)現(xiàn)一個(gè)科學(xué)現(xiàn)象，搞理論的就絞盡腦汁推測(cè)它背后的運(yùn)行規(guī)律。不同領(lǐng)域的大牛把各方面的知識(shí)、理論慢慢拼到一起，真理的圖像就漸漸清晰。 在 20 世紀(jì)初，光學(xué)的知識(shí)儲(chǔ)備和數(shù)學(xué)理論越來(lái)越完善，大家覺(jué)得，這一塊的真相總算有希望拼出來(lái)了— 結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)，波派和粒派的理論早已背道而馳，還各自越走越遠(yuǎn)。 就好比你集了一輩子卡片，自以為拼得差不多了，這時(shí)突然發(fā)現(xiàn)，你拼出的圖案居然和別人的完全不一樣，而且差得不是一點(diǎn)點(diǎn)! 是不是有種把對(duì)方連人帶圖砸爛的沖動(dòng)? 當(dāng)時(shí)波派和粒派都堅(jiān)信，自己手上的拼圖，才是唯一正確 的版本。雙方僵持不下，直到 1924 年， 終于有人大徹大悟：波 or 粒，為什么不能兩者都是? 也許在某些時(shí)候，粒子看起來(lái)就像是波;在另一些時(shí)候， 波看起來(lái)就像是粒子。 波和粒的性質(zhì)如同陰陽(yáng)一般相生相克，就像一枚硬幣的 正反兩面(波粒二象性)，只不過(guò)我們一直以來(lái)都在盲人摸 象、各執(zhí)一詞。 按照“波粒二象”的理論，與其說(shuō)光“既波又�！保�倒 不如說(shuō)它既非波也非粒，它只是恰好在某些時(shí)候表現(xiàn)出了和 我們刻板印象中的波 / 粒相同的行為而已。就像這個(gè)在不同方向上同時(shí)投影出方和圓的東西，它并不是方形和圓形的混血兒，而是在二維世界生活已久的平面國(guó)居民曾經(jīng)無(wú)法想象的新物種:圓柱體。 真理確實(shí)只有一個(gè)，但是真理的表現(xiàn)形式，會(huì)不會(huì)有多個(gè)版本?難道真理就是那個(gè)千面之神，用千變?nèi)f化的面目欺騙了我們?nèi)绱酥��? 果真如此的話，那個(gè)藏在面具背后的本尊又是誰(shuí)呢?