上帝掷骰子吗？

“遇事不决，量子力学；解释不通，穿越时空；脑洞不够，平行宇宙”，这个梗大家都很熟悉，但是作为二十一世纪新青年，不但要会用梗，更要懂梗，当然我说的懂梗的意思可是深层次的懂，想象一下你在弹幕里高大上的打下这条梗的时候，一个羡慕嫉妒的键盘侠用嘲讽的语气问道：你懂什么是量子力学吗？你懂什么是平行宇宙吗？气氛就有点尴尬。当然这是次要的，毕竟自古网络多暴力，不与键盘论英雄，现实生活才最重要，想一想当你看到新闻里量子通信，量子计算机，量子纠缠等名词的时候一脸懵逼，你看到网上说靠量子波动速读法就可以让孩子5分钟读完一本10万字的书，于是你带着对量子无上的崇拜与敬畏，乖乖拿出半年的积蓄给孩子交了学费，这才尴尬。

量子波动速读法

那么今天我就给你推荐一本书，保证你看完这本书之后你就明白什么是量子力学了，甚至明白平行宇宙这个概念是怎么来的了。当然有人会担心，我可不懂物理，不要紧，这本书就是要让不懂物理的人看懂量子物理，作者通过直白浅显的例子介绍物理概念和物理原理，讲述了量子物理崎岖坎坷的发展史，这本书就是《上帝掷色子吗？量子物理史话》。

上帝掷骰子吗

回顾量子物理发展史，得从19世纪末开始说起，19世纪末物理学家开尔文爵士做了一场关于物理学的报告，新旧世纪之交，这场报告的目的就是总结过去，展望未来，那过去物理学取得了什么成就呢。那就不得不提经典物理学了，经典物理学主要由经典力学、经典电磁场理论和经典统计力学为三大支柱的经典物理体系构成，经典力学主要由牛顿大神建立，经典电磁场理论主要由麦克斯韦建立，经典统计力学的代表人物比较多，就不一一列举了。总之19世纪经典物理学大厦可以说基本已经喜封金顶了，这座大厦金碧辉煌，光芒万丈，人们发现无论是电，光，声，力，热等等物理现象，似乎都已经臣服于经典物理学脚下。此时的经典物理学就像西游记里拿着宝葫芦的银角大王啊，可以对着孙悟空嚣张的喊：我叫你一声你敢答应吗？

银角大王和他的宝葫芦

还像功夫里的黑道大哥冯小刚，可以充满底气，自信的在警察局大喊：还有谁？

还有谁？

虽然经典物理学取得了不可一世的伟大成就，但是，开尔文这老头不无忧心的说：在物理学阳光灿烂的天空中飘浮着两朵小乌云。为什么叫两朵小乌云呢，是因为物理学家最近发现有两个问题从经典物理学出发没办法给出合理解释，但是当时大家总体还是乐观的，毕竟经典物理学的成就有目共睹，根本没把这两朵小乌云放在心上，可是后来谁也没想到这两朵小乌云会使阳光明媚的物理学天空乌云密布，甚至狂风暴雨。

花开两朵，咱各表一枝。

那就先说一说第一朵小乌云，第一朵小乌云指的是迈克尔逊-莫雷试实验。迈克尔逊-莫雷实验是物理学史上非常著名的失败的实验。为为什么说它失败呢？因为最开始迈克尔逊和莫雷这两哥们想通过实验证明以太的存在，那么以太又是什么东西呢？这就不得不提人们对光的认识，人们对光的认识程度大概分为两派，一派认为光是一种粒子，一派认为光是一种波，波动派和粒子派谁也不服谁，互相掐架，谁也没能完全说服谁，这个过程持续了几个世纪，可以说互有胜负，直到后来有个和事佬提出了光具有波粒二象性，双方才勉强作罢，这个和事佬就是爱因斯坦，当然这是后话。

19世纪的时候以托马斯.杨为带头大哥，通过双缝干涉实验让波动派占据了上风，粒子派受的前所未有的凌辱，所以大家普遍认为光本质上是一种波，就像声波一样，类似于声波传播需要介质。那光是怎么从太阳出发到达地球上的呢，怀着对光传播介质的疑问，物理学家提出了一种以太说，意思就是宇宙中充满一种叫做以太的物质，以太是光传播的介质。迈克尔逊和莫雷这俩哥们实验最终失败了，简单的说就是最终实验证明以太是不存在的。那这个实验又为什么这么著名呢，主要是因为这个实验的结果直接导致后来爱因斯坦相对论的诞生。当然第一朵小乌云并不是我们今天的主题，后面有机会我们再详细介绍。

接着再说作为主角的第二朵小乌云，第二朵小乌云指的是黑体辐射实验与理论不符的问题。什么是黑体辐射呢？要了解什么是黑体辐射必须先了解什么是黑体，简单的说黑体就是指能够吸收全部外部辐射而不反射外部辐射的东西，举个例子，你找一个密封的不透明的盒子，在上面开一个小孔，那么所有从小孔入射到盒子里面的外部辐射，经过盒子内部反射后都会被盒子吸收，几乎不会再从小孔反射出来，那么这个小孔就可以看作是一个黑体，当然绝对黑体是不存在的。因为黑体辐射不受外部辐射影响，所以研究物体辐射热量、频率与温度的关系时，黑体是理想的模型。但是物理学家发现从经典物理学出发推导的理论和实验存在偏差。作为浸淫黑体辐射研究多年的老大哥普朗克，为解决黑体辐射问题不得不另辟蹊径，普朗克根据之前的基础并结合实验结果硬是拼凑了一个公式，首先保证了理论与实验的一致性，然后再研究这个公式的意义。这一研究出问题了，普朗克发现如果要使公式成立必须假设黑体辐射和吸收的能量是不连续的，而是一份一份的，并且有一个最小的基本单位，他管这个单位叫做“量子”，这就是量子这个词最早的来源。很多人对“量子”这个词理解有误区，大家都知道构成物质的分子，原子，电子这些基本粒子，甚至原子还可以分为中子和质子，很多人误以为量子也是一种粒子，实际上量子并不是一种客观存在的物质，而是物理学家定义的一个物理概念，就像重量，速度一样，这个误区主要是由量子这个词所造成的，实际量子的英文是quantum，就是“多少”，“量”的意思，量子的提出也正式标志着量子物理（量子力学）的诞生。

为什么说量子力学是一场革命，或者说动摇了经典物理学大厦根基呢？因为经典物理学里认为能量是连续的，如果我们说一个化学反应向外释放100焦耳能量，经典物理学认为它总可以在某个时刻达到0-100范围内的任何可能的值。但量子力学认为，你不可能达到任意数值，你只能是以能量最小单位的整数倍向外释放。就像我们的钱币，有一个规定的最小单位，人民币就是一分钱（实际上目前只有数字货币还支持1分钱，纸币已经不支持1分钱了），而你收付款时不可能收付任意数值的钱，你只能收付最小单位币值的整数倍。量子力学除了动摇经典物理里连续性之外，还推翻了因果性与客观性等经典物理学的坚实根基，书中均有详细的描述，在此不在赘述。

那么量子力学到底都研究些什么东西呢，简单的说经典物理学研究对象是研究宏观低速世界，人们发现经典物理学规律并不适用于微观世界（原子尺度以下），而量子力学实际上就是研究微观世界的物理学。

前面说到普朗克大哥开创了量子物理的先河，这里顺便提一下这位大哥研究物理的动机，也非常有意思。前文说了19世纪经典物理大厦基本建成，人们以为物理研究已经达到极限，甚至当时有人说物理学的未来只能在小数点后六位去寻找。也就是说你想开发新的大厦，不好意思，没地了，都被牛顿、麦克斯韦这些大开发商把地开发完了，以后只能干一些补补漆，换换电灯泡的活。普朗克导师甚至劝说普朗克放弃物理，普朗克大哥假装自己是个无辜路人说，我也没啥大愿望，我就是喜欢补漆，换电灯泡。谁知道他其实是个恶人，最终拿起量子力学的大锤跑到经典物理学大厦里砸墙，就像黄宏一样，边抡大锤边喊八十！八十！当然隔壁还有一大哥，拿着相对论大锤也在砸墙，那位大哥就是爱因斯坦。

大锤小锤

开尔文报告中的两朵小乌云一朵造就了相对论，一朵造就了量子力学，而让经典物理学大厦遭受风雨的相对论和量子力学正是构成现代物理学的两大支柱，真不知开尔文这老头到底算是狼人还是预言家。

简单说完量子力学的诞生，咱们再说说平行宇宙，这个概念也来自量子力学，这事还得从电子的本质说起，学过初中物理的都知道，汤姆逊发现了电子的存在并因此获得诺贝尔物理学奖，按照经典物理学的理解电子可以看作是一个带负电的有质量的小球，只不过它的质量和体积都非常小，因此一般把它看作是一个粒子。可是有一天一位有着爵士身份的大哥提交了一篇博士毕业论文，这位爵士大哥就是德布罗意，他结合爱因斯坦质能方程和普朗克量子假设发现，电子本身会伴随一个波，德布罗意爵士后来因为这篇博士论文直接获得了诺贝尔物理学奖，也让我们见识到什么是真博士论文。如果说光具有波粒二象性人们勉强接受，人们怎么无法理解一个实在粒子怎么会伴随一个波，那么电子到底是粒子还是波？德布罗意的这一发现可以说延续了光的波粒战争，并把它从一个物理学局部战争扩大为世界大战，整个物理学界都被无情的卷入这场战火。于是有人就说了，波也好，粒子也好，咱们说的都不算，是骡子是马拉出来遛遛，俗话说实践是检验真理的唯一标准，那么实验也是检验一个科学理论正确性的试金石。当年光波动学派带头大哥托马斯.杨通过双缝干涉实验吹响了光波动派的冲锋号角，那么咱们也用这个实验来检验一下电子。

托马斯.杨双缝干涉实验

就像光的双缝干涉实验一样，电子的双缝干涉实验结果清晰明了，大量电子确实像波一样在屏幕上展现了干涉条纹。如果此刻你已经懵了，那么我可以明确的告诉你，你距离真正的懵还隔着十万八千里。物理学家为了弄明白电子是怎么自己和自己产生干涉的原因，于是就在双缝前增加了两个探测器，这样我们就知道电子到底是从哪个缝穿过的，可是神奇的一幕出现了，一旦人们知道了电子通过了哪条缝之后，干涉条纹也随之消失了。

电子像个幽灵一样，冥冥之中似乎知道这帮愚蠢的人类想要弄清它的本质，于是就玩起了藏猫猫的游戏。当然如果你对量子力学感兴趣，我建议你可以去了解一下惠勒延迟选择实验，量子橡皮擦除实验，以及终极懵逼挑战之延迟选择的量子橡皮擦除实验。这个时候也许你就会明白为什么量子力学创始人之一的波尔会说：如果谁不为量子论感到困惑，那么他就没有理解量子论。著名量子物理学家费曼更狠，直接说：没有人能够理解量子力学。

我们继续回到双缝干涉实验，主流哥本哈根解释认为当我们不去探测电子到底穿越哪条缝的时候，电子波函数处于一种叠加态，既叠加了穿过左缝的状态，也叠加了穿越右缝的状态，一旦我们去探测它，那么它的波函数就坍缩了，随机选择左缝或者右缝穿过。由于很多物理学家无法接受关于观测使电子波函数坍缩的解释，他们提出很多理论，使之符合经典物理学的理解，这其中就包括“多宇宙理论”，也被称为“平行宇宙理论”，该理论认为当我们探测电子穿过哪条缝的时候，电子仍处于叠加态，但是因为宇宙也处于叠加态，在一个宇宙中电子穿越了左缝，在另外的宇宙中电子穿越了有缝，后来被误解为宇宙分裂为两个宇宙，两个宇宙互相平行，互相无法感知，这就是平行宇宙最早来源。

此时肯定会有人忍不住问电子到底是个什么东西？它是不是个东西？这里简单提一下目前物理学界主流的互补原理解释，经典物理学认为波和粒子是互斥的，而所谓的互补原理认为在量子物理中波和粒子是互补的，即电子具有波粒二象性。很多人认为这是说电子既是波也是粒子，这种理解其实是有偏差的。实际上应该是电子既具有波的特性也具有粒子的特性，具体体现什么性质，取决于我们观测的手段，当我们用双缝实验去测量它，实际上就是测它的波动性，它体现的也就是波动性，当我们测量它具体穿过那个缝隙的时候，实际上我们测量的就是它的粒子性，那么它就体现粒子的性质。波尔还认为只有我们观测到的才有意义，至于电子本质是什么，这不重要，也没有意义。

我们发现用梗很简单，如果真的懂梗还是很难的，当然我也不是物理专家，我只是这本书上知识的搬运工，当然自己总结加工的部分还不一定准确，也希望大家批评指正。

我们今天心安理得的享受最新发布的手机，快速的5G网络等等这些科学成果，实际它们来自痛苦而又漫长的物理研究，其中不乏牛顿，爱因斯坦天才式的爆发，也有很多不知名的人日复一日，年复一年的苦思冥想，所以向所有为物理学献身的人致敬。同时也希望大家读一读这本书，也许就有人因为看了这本书而对物理研究产生兴趣，最终成为物理史上闪耀的明星。当然对于那些意志不坚定的人我觉得还是有必要给予一点小小的忠告：

研究物理前的普朗克 研究物理的普朗克 刚到尼泊尔专利局的爱因斯坦 研究物理的爱因斯坦

最后再说一下读这本书的感悟，那就是所有的新生事物的成长从来都不是一帆风顺的，它一定会受到旧事物的质疑，甚至打压。无论是科学上新的理论，还是政治上新的制度，无数历史经验均是如此，就像牛顿惯性定律描述的那样，任何事物都具有惯性，而最关键还是在于人类自身的思维惯性，虽然有的时候它能维持稳定，但是更多的时候它却阻碍了我们的发展，所以在我们的学习成长过程中既要把握我们到思维惯性，又要克服我们的思维惯性。