人人都能懂的量子理论

你是否曾被量子物理里面那些稀奇古怪的思想搞得神经错乱。

首先，不要惊慌。神经错乱的不只你一个。正如具有传奇色彩的美国物理学家理查德。q费曼所说：“我可以大胆地说，没有人懂量子理论。”

然而，要描述这个世界，量子理论又是确实不可少的。

在这篇文章中，我们将把量子理论的思想一一分解，让谁都能懂。

什么是量子理论。

经过几千年的争论，我们现在终于知道了，物质追根究底是由像电子、夸克这样的微观粒子组成的。这些小家伙像乐高积木一样组合在一起，形成了原子和分子，而原子和分子又是拼成宏观世界的“乐高积木”。

为了描述微观世界是如何运作的，科学家发展出一套叫量子力学的理论。这个理论做出的预言虽然非常古怪（例如，粒子可以同时出现在两个地方），但它是目前物理学中最精确的理论，在过去近百年里经受住了严格的检验。没有量子理论，我们周围的许多技术，包括电脑和智能手机里的芯片，都是不可想象的。

量子理论很古怪，但它的正确性不容怀疑。科学家们所争论的，仅仅是如何解释它。

“量子”到底是啥意思。

假如妈妈吩咐你。“把这罐辣酱放到厨房储物柜里。”储物柜是分层的。你可以选择放在这一层或那一层，但你总不能把辣酱放在相邻两层之间，譬如2.5层吧。因为那是没有意义的。

用物理学上的术语说，你家的储物柜是“量子化”的，只能分成离散的一层，两层，三层……不可能再细分为0.6层，

1.5层，

2.8层，

3.45层……

在量子的世界里，任何东西也都是量子化的。举例来说，原子中的电子只能呆在一些离散的能量层里（称为能级）。跟你家厨房的储物柜一样，两个相邻的能级之间，是没有它的立足之地的。

但是量子的行为十分诡异。假如你给待在较低层的电子一个能量，它就会跳到更高的层。这叫量子跃迁。不过，你给的能量必须合适才行，即刚好等于两层之间的能量差，否则它会“耍脾气”拒收。

设想你脚下有一个“量子足球”，在你10米之外有一些由近及远的沟，它们相当于一条条能级。一般人会想，用的力太小，固然球飞不起来，但用的力很大，让球飞起来总没问题吧。但事实上不是。仅当你踢“量子足球”的力不多不少刚好能让它掉到这条那条沟里的时候，它才会呼啸而起，否则任你怎么踢，它也会待在原地不动。很奇怪吧。

还有另外一个类比。假如你驾驶着一辆“量子汽车”，你只能以5千米/时、20千米/时或80千米/时的速度行驶，在它们之间的速度是不允许的。换挡的时候，你突然就从5千米/时跳到了20千米/时。速度的变化是瞬间发生的，你几乎觉察不到加速的过程。这可以叫速度的“量子化”。

量子力学vs经典力学

上述例子已经让你稍稍领略了量子世界的诡异。说实话，统治我们熟悉的“经典”世界的规则在微观世界基本上都失效了。只有少数几个硕果仅存，像能量守恒、电荷守恒等等。

“经典”是物理学家用于描述“日常感觉”的术语――当事物的表现不超出你日常经验的范围，我们就说它是“经典”的。

台球就是一个经典物体。在碰到另一个球或桌沿之前，它总是在球桌上沿着一条直线滚动，这完全符合我们的日常经验。但球里每一个单独的原子的运动，却遵循着量子力学的规律，比如说，它随时都可以消失。