量子世界到底多詭異？回顧百年探索曆程，足以顛覆人類的認知

科學狂想小調

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在經典世界中，客觀存在的事實是不會隨著主觀意識的改變而改變，即世界是真實存在的，我們主觀的看法並不會影響世界存在的真實性，這個就是我們對世界一個最基本的認識，即實在論。

然而隨著量子力學的發展，我們才發現這個在我們看來是世界最基本法則的實在論，在微觀層面卻發生了徹底的崩塌，觀察者效應是微觀世界一個很神奇的效應，他說的是在我們沒有觀測微觀粒子之前，微觀粒子是具有很多的屬性，比如它可以同時具有A的屬性和B的屬性，這個稱為疊加態。

疊加態在我們經典世界中是完全無法想象的存在，因為在我們的經典世界，物質都是具有單一的屬性，我們不可能看到同時具有兩種屬性的物質，就像薛定諤的貓那樣，要麼它是生，要麼它是死，在宏觀世界，它是不可能同時既存在生又存在死，所以我們很好奇，為何微觀世界可以具有這樣特殊的本領，所以我們就想去觀察。

更令人震驚的是，一旦我們去觀察粒子的屬性，粒子的疊加態就會消失，不去觀察它就存在，好像我們的觀察與不觀察可以改變第一次存在的事實，這是令人難以置信的。或許這時我們就有個疑問，既然我們無法觀察到粒子的疊加態，我們又是如何知道它的存在的。

探索微觀世界的奇異性，我們還要從一個實驗說起，即雙縫幹涉實驗。雙縫幹涉實驗是人類探索微觀粒子波粒2象性的一個重要實驗，它的最早出現是在1801年人們對光的探索，在19世紀之前，人們對光的本質曾有兩種看法，一種是認為光像水波一樣是一種波，這其中是以胡克和惠更斯為代表，而另一種觀點是認為光像彈珠一樣，是一粒粒微粒，支持這種觀點的，則是以牛頓為代表。

惠更斯在1690年就光是一種波發表了首篇光學著作，即光論，而為了反駁這種觀點，在1704年，牛頓則發表了一篇名為光學的著作。兩本著作雖然觀點不同，但在理論上他們對光的大部分現象都做了很好的解釋，像光的散射、折射、反射這些，所以關於光到底是波還是微粒，人們並不清楚，可基於當時牛頓的影響力微粒說還是更勝一籌，就這樣一直持續到了19世紀。

在19世紀初1801年，一位名叫托馬斯楊的眼科醫生做了一個非常有名的科學實驗——楊氏雙縫幹涉實驗。楊氏雙縫幹涉實驗的出現，讓我們首次觀看到了光的波動性，它把光是一種波推向了歷史的高潮，這讓幾百年來人類對光的糾纏得到了一個科學的驗證，但同時這個實驗的出現也標志著我們傳統觀念崩塌的開始，潘多拉的魔盒也正悄然出現。

光在經過雙縫之後會像水波那樣互相幹涉，形成幹涉條紋，這是楊氏雙縫幹涉實驗告訴我們的事實。那光既然是波，它到底是一種什麼波呢？在1864年，麥克斯維的經典電磁理論橫空出世，根據麥克斯維的電磁理論，光應該是一種電磁波。

在1888年時，著名的物理學家赫茲用實驗驗證了這一點，至此，人們終於確信，光就是一種波，而且還是一種電磁波，在赫茲驗證光是電磁波的同時，他還發現了一個古怪的效應，即光電效應，光電效應的出現讓詭異的波粒二象性浮出了水面。1905年，為了解釋光電效應，愛因斯坦發表了一篇名為《關於光的產生和轉化的一個試探性觀點》。從這篇論文的標題我們就可以看出，愛因斯坦對他的這個解釋也充滿了疑惑，所以他寫出了試探性的觀點，那為什麼會這樣呢？

因為在愛因斯坦的解釋中，我們不得不舍棄光的波動說，必須要以光是一粒粒的粒子才能解釋光電效應的產生，但光的波動說已經是科學驗證的結果，像楊氏雙縫幹涉實驗，赫茲驗證的電磁波等等，這些都是波動說完美的佐證。可現在我們卻要舍棄這種觀點，要用微粒才能解釋。

那光到底是什麼呢？光電效應的解釋又把光從波動說拉向了微粒說，這樣的結果讓本已明了的我們又陷入了困境，我們對光到底是種波還是微粒已經模糊不清，好像種種的結果都在暗示，光並不是我們認為的那麼簡單，波和微粒的性質好像它都具有，有時它的特性必須要用波來解釋，有時則必須要用微粒來解釋，這個便是人類對光既存在波屬性又存在粒子屬性的首次思考。在1923年，基於對光的波動性和微粒性的啟迪，物理學家德布羅意將此現象推廣到了電子的身上。他認為，既然光波可以具有粒子的屬性，那麼像電子這樣的粒子，應該也具有波的屬性，於是微粒存在波動的概念便被提出，那事實真的是這樣嗎？

一九二六年的1個夏天，美國貝爾實驗室的科學家戴維森在研究中發現了電子衍射現象。衍射現象，這是波所具有的特性，所以發現電子衍射現象，這就為德布羅意的假說提供了證據，電子的確也具有波的屬性。基於這些發現呢，在1927年，著名的物理學家波爾則提出了互補原理，根據互補原理，雖然我們在實驗中不能同時得到波和粒子的屬性，它們看起來不相容，但在描述這些粒子的完整屬性時，我們是不能用單獨的概念去描述，我們必須要把波動性與粒子性都囊括在內，至此，粒子的波粒二象性便被我們人類揭開。

更有像薛定諤方程明確提出的概率解釋，及其海森堡的不確定性原理，這些理論都讓我們深刻認識到了微觀粒子世界與我們經典世界的不同，尤其是電子雙縫幹涉實驗的出現，但我們不去觀測電子的行為時，它就會表現為波的屬性，可一旦觀測它就會表現為粒子的屬性，盡管匪夷所思，但它卻真實發生，觀測與不觀測為何會改變粒子屬性，我們不得而知，有的是認為觀測導致了薛定諤方程的波函數塌縮，有的則是認為觀測的干擾導致了退相幹，還有甚至是認為這是平行宇宙的縮影。

像1957年，艾弗雷德提出的多世界詮釋，總之，微觀世界是一個奇異的世界，盡管現在我們了解的還只是它其中的一小部分，但這卻足以令我們吃驚。