量子力学的基本理论是什么？

vooper

第四十六章：量子力学本质,你思考过这个问题吗？
这是第四十六章，如果你是一路跟着看过来的，我现在问你量子力学到底讲了啥？你觉得量子力学的本质什么？
我知道即使再写45章，问大家这个问题，大家还是一头雾水。那么我再换一个问题来问：经典力学的本质是什么？
哈哈，终于发现这是个套了吧。任何一个问题，提到本质两个字，都是很艰巨的，甚至是残忍的。




我们不能简单的说经典力学的本质是研究宏观世界的运动规律。我们也不能简单的说量子力学的本质是研究微观世界的运动规律。那样的话我们不如总结说无论量子力学的本质，还是经典力学的本质都是探索世界的运动规律。
还要提醒大家一点，我们其实并不清楚的知道量子力学与经典物理的界限。
其实我这样的提问，也是一个值得注意的点。我在前面关于量子纠缠的章节中，其实已经提到了。有人参与的社会活动，对于用什么语言来表述和提问是很重要的。 人的本质是什么？ 一定在人之外去对比的。是和动物，植物相对比才能得出人的本质是什么？
所以上面的答案其实是没有标准的。量子力学是一个物理体系，经典力学也是。它们都是人类认识世界的成果，是世界客观规律的反映。从哲学上来说，这就是任何知识的本质认识。




可是从物理角度来说这不是。可是你要再细问：相对论的本质是什么？ 物理角度答案就是相对论的本质是时空理论，时空引力理论。
或许有人会这样说，从物理角度来说，量子力学的本质就是概率或者波粒二象性等。
无论是什么，好像量子力学从诞生以来就给我们一种不确定的感受。不像经典力学那样，让我们感觉更实在些。这对于人类的好奇来说，实在是种折磨。
量子力学诞生已近一个世纪。它给物理学、工业和人类生活带来了翻天覆地的变化，贡献是卓著的。然而，虽然量子力学无比实用，科学家对量子力学基本概念的理解却一直停滞不前。
举个例子：量子力学波函数到底是真实的存在，抑或仅仅是科学家用来计算的工具？箱子里既活又死的薛定谔猫，真的存在吗？量子纠缠是怎么回事？双缝衍射是怎么回事？




我们认为量子力学只要实用就够了，无需深入探讨其基本概念和含义，但是量子力学的各种诠释显然不能让人越来越不满意。很多人，包括费曼，温伯格，爱因斯坦，薛定谔等获得诺奖的人，都在表达一个意思：“你真正去学习了量子力学，你才发现你越来越不懂量子力学了。”
造成这个现象的根本原因是什么？ 为什么会有这样的不实在感。
量子力学，它是如此反直觉，以至于只能用数学的语言才能准确地描述它。量子力学中诡异、甚至反直觉的要素，因何而产生。
在量子力学领域，物理学家已经习惯用“概率”来描述现象，但概率难道不是体现了我们对研究对象了解得还不完全吗？ 什么是概率？
不管你们承不承认，其实量子力学的概率，和现实宏观中的概率本质是一样样的。就好像现实中的人，我们经常问：“你相信缘分吗？”




“缘分”这个词，一点也不神秘。你出现在这个世界上，那么你遇到任何人的逻辑，本来就包含在这个世界的所有相遇可能性逻辑之中了。
重点是你会把这样的情况，说成是偶然还是必然？ 偶然还是必然！各位，我其实很多次在我的作品中强调这个观点了。所有量子力学的奇异性，就在于你如何去理解这个问题。
一点也没有错，粒子与粒子的相遇，碰撞，和人与人，人与石头的遇到和碰撞有什么本质的区别？ 没有！ 都是概率！
世界是确定的，量子力学也是确定的。但世界不会以单一的状态来显示它的确定性，至少我们看到的是这样的。
所以有不确定性原理，波粒二象性，宇称不守恒，真空极化等等物理现象。
还记得我在本书开篇讲的那个案例吗？要在1分钟内知道中国现在有多少人活着的问题。问你，你肯定不知道。但有人知道。现在不知道，将来技术手段也能知道。




你只知道，你们班有多少人，但你的校长，知道这个学校多少人？这就是区别。去看看最强大脑，你就知道了。你不知道，你认为不可能的事情，有人可以做到。 因为一切有迹可循！
数学是宇宙的语言，我赞同这句话。那么这种语言的暗示，我们就应该重视。很简单的一个例子，一个圆，它的周长是整数，可是每一个圆里有含有无穷不循环的小数π。
你觉得这意味着什么，这语言想要表达什么？ 完整圆不是整数塑造的，是非整数塑造。它是π，它是确定的，我们用它计算了无数次。房子，车子，桥梁，飞船都靠它计算。
可是你如果非要说，我们不确定它，它是无穷小数。是啊！我们不确定他，你凭什么说它不确定。在我们要确定它之前，谁敢说它是不确定的。
看看我们的世界，是货真价实的，是热气腾腾的。那么一个π，就是真实的，就是确定的。
我深深的相信，即使你计算到它的1兆亿亿位数之后，你依然会赞同我这样说。
在牛顿的理论中，大自然完全是决定论的，也就是说，如果你知道了太阳系所有物体的位置、速度和相互作用，理论上你可以算出任何时候它们各自在哪里。只有当你没有完全了解某些事情的时候，才会使用“概率”这一概念，就像你往地上扔一个骰子，你不知道它会有怎样的运动轨迹，也不知道它最终会是哪一面。




记住，你不了解，你确定的事情，会用到概率。但那是你，或说我们人类！不代表所有生命的可能！
量子力学却大量地使用概率来描述现象，这就是一些声名卓著的科学家强烈反对量子力学的原因。也是我们觉得它不实在的原因。
我自己倒认为这是我们反对自己的原因，也是我们自己觉得自己不实在的原因。深思吧，你会发觉的。人类历史就是这样一步步证明的。
1926年，玻恩提出电子波函数的本质是概率后，爱因斯坦写信给他，信中说：“量子力学是很不错，但我内心的声音告诉我，它不是事物真正的本质。这一理论能得到很好的结果，但它无法告诉我们上帝的秘密。不管怎么样，我坚信，上帝不掷骰子。”
直到1964年，物理学家理查德·费曼还在康奈尔大学的一个讲座上说道：“我想我可以有把握地说，没有人真正理解量子力学。




我也说过，上帝不掷骰子，上帝让人类掷骰子。人类，不应该掷骰子！这是我的观点！但身为人类，我们怎么能摆脱“主动性”的本能呢！
你如果真正的去思考爱氏的话：“我坚信，上帝不掷骰子。”其实是一种信念，这种信念就是伟大科学家的信念。爱氏要表达的理念是世界是可以研究的，可以研究清楚的。世界是确定的。不是上帝在那开玩笑。所以他会在前面说：“这个理论应该有更好的结果。”
此话一点毛病都没有。但玻尔也没有错，玻尔是看着实验结果说话的。
随时时间推移，物理学家已经学会使用量子力学得出越来越精确，越来越成功的计算结果。劳伦斯·克劳斯就将关于氢原子的一个量子力学计算结果称为所有科学领域中被计算得最精确的一个量，他并没有夸张。
量子力学成为了我们理解原子、原子核、导电性、磁性、电磁辐射、半导体、超导体、白矮星、中子星、核力以及基本粒子的基础，所以它是确定的。




有那么多理论，预言了很多粒子存在。很多粒子后来也被实验证明是存在的。
试想想返回到500年前，谁如果说有反粒子，有胶子，有电子，有正电子，别人会怎么想？
那是不可能的事情。甚至没有人能做出这样的理论预测。所以世界是确定的。随着我们知道的越多，掌握的越多，能预测的就越多。
牛顿的理论在他提出的年代也曾经让很多人不舒服，在牛顿的理论中，两个相隔遥远的物体可以发生相互作用，哪怕它们之间不存在有形的拉力或推力，这似乎给本该实实在在的科学带来了一些神秘的超自然因素，因此在当时招致了笛卡尔追随者的反对。
此外，牛顿的万有引力定律也不能由某些基本的哲学定律导出，这也是莱布尼茨及其追随者的反对的原因之一。牛顿定律没能满足很多前人对宇宙定律的期望，如托勒密（我们已经抛弃了托勒密的地心说），和开普勒学说。
然而，随着时间推移，牛顿引力理论显示出优势，最终成为压倒性的最成功的理论，它能解释大到行星，小到苹果等物体的运动，包括月球、彗星，甚至地球的形状也能解释。




到18世纪末，几乎所有人都同意牛顿理论是正确的，至少是个极为成功的近似。因此，强求一个新诞生的理论遵循某种已有的哲学标准，似乎并无必要。我们需要让其自然发展，看看我们能从中得到什么，或许我们需要反过来改变我们的哲学观点。我们就是这样做的，我们也算这样走的。
现在再来回顾开篇提到那几个问题，在量子力学中，我们用波函数来描述粒子。波函数在本质上就是一系列数字，每个数字都代表了系统可能出现的一种状态。如果系统只包含一个粒子，那么波函数中的每个数字就对应着这个粒子可能出现的所有位置，数字的大小代表着它在这个位置出现的概率。那这有什么问题呢？
问题的焦点就在于“测量”这一行为。举个最简单的例子，对电子自旋的测量：自旋又被称为角动量，它是用来衡量某种物体绕着一个轴“旋转”速度的物理量。
所有理论都表明，实验也都证实了，当你测量一个电子自旋的时候，它只能取两个值中的一个，+h/4π 或 –h/4π（h为普朗克常数），这可以理解为电子绕着轴要么顺时针旋转，要么逆时针旋转。但只有当你测量的时候，电子才会取这两个值之一，当你没有测量的时候，电子的自旋状态处于这两种态的叠加态。
这在我的想象里一点也不矛盾。和波粒二象性本质其实是一样的。举一个宏观的例子。一个带有4片风扇叶的风扇，当它不转的时候，你轻易的就可以抓到第一片，第二片，第三片，或第四片风扇叶。现在飞速转起来，让你抓第一片，你能抓到吗？ 显然是不能的，你连看都看不清，还怎么抓。但当你“抓”的时候，飞速转动的风扇慢了下来，你又看清了。
本质上和测量动作是一样的。玻璃二象性也是，看你看它的方式是什么样的。有些现象你需要用到波来解释，还有一些现象你需要用到粒子来解释，还有一些现象你两者都得用。




以如何测量自旋来讲？把电子放在磁场中，磁场方向与你想测量电子自旋的方向一致就可以了。自旋可以用波函数来描述，如果只考虑波函数中关于自旋的一部分，它就只包含两个数，一个代表正自旋，一个代表负自旋。
量子力学中有一条规则叫玻恩规则，以马克斯·玻恩命名，它告诉我们如何利用波函数来计算电子自旋为正或为负的概率——这概率就是波函数的该分量的平方。这有什么不好的呢？
有人说问题并不在于概率，量子力学发展了这么多年，我们完全可以容忍概率的存在了。问题在于，电子自旋随着时间的变化遵循薛定谔方程，但薛定谔方程本身并不包含概率，它同牛顿运动方程一样，完全是决定论的。那概率又是从哪里冒出来的呢？很多人说这就是量子力学的问题之所在。
但我不这样看，就像我在上面举了一个圆的例子。一个完整的圆包含了不完整无穷不循环的小数π。世界的完整永远包含着无穷，这才是世界的法则。一根绳子，对半切，理论上永远可以切下去。
概率是怎么来的，就是这样来的。你确定的事情，就是百分百概率，你不确定的，就是小于百分百概率。
如果你认为太阳明天照常升起是百分百概率，那么这样的例子可以在量子力学中找到很多很多。
量子力学是不确定的，量子力学中的奇异性，也很正常。因为可以理解。其实真正意义上的奇异性，在于未来。因为未来才是难以把握的。但如果不能把握现在，更谈不上把握未来了。
就好比我现在问你：“1万年后太阳还会照常在地球上升起吗？”各位，我希望你的感觉和我的感觉此刻是一致的。
概率是实实在在的物理现象，我应该理解它，我们应该爱它。
但我要强调一个总的原则，这是很值得强调的。因为量子力学的理论，已经是一片红海了。就拿第45，第46章的弦理论来说，我是犹豫了后才决定还是要介绍的。




但我要说高维度空间，多世界理论不如概率实在。世界也是以这样的方式来展示它的存在的。想象中的世界不一定是真实，但真实的世界一定可以想象。人一定要在自己可以想象的地方去努力，而不是要在想象的世界里去努力，这是方向问题，不容忽视！
就像我在关于量子纠缠的文章中说过，如果想象中的世界是真实的，那么这个世界就不存在问题。
量子力学在计算方面是非常实用的。在如何运用量子力学的问题上并不存在什么争论，物理学家都用同样的方式使用量子力学，而且计算的确有效。也许我上面提到的这些问题都只是语言的问题，跟量子力学本身无关。一些现代哲学观点认为，最“哲学”的问题都是跟我们所运用的语言相关的问题，因为我们是人。
很多导师常用这种观点来教育那些抱怨量子力学的研究生们：闭上嘴，只管算。
所以不要想着去试图建立一个可以隔绝所有环境的系统。那是不可能的。就像我们好多人说，我们要到太空里去。其实我们就在太空中。
以上就是关于量子力学本质的一些论述。希望可以不止帮助大家理解量子力学，更帮助大家理解生命，理解生活。遇到你们，是我的缘分。在没有遇到之前，缘分只是可能，在遇到之后，缘分就是确定的。
摘自独立学者，科普作家，国学起名师灵遁者量子力学书籍《见微知著》

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用说人话的方式来讲以下几点基本现象：
1. 状态叠加与坍缩；
2.单体叠加态 - 薛定谔的猫;
3. 多体叠加态 - 量子纠缠;
4. 量子意识 - 量子力学的现象

在正文之前我们先来明确或者说体会几个基本概念：
量子力学的基础是，从不确定的状态变成确定的状态，一定要有意识参与，意识是量子力学的基础。
人类的主观意识是客观物质世界的基础，量子力学是我们客观物质世界最基础的理论。


1、状态叠加与坍缩 - 状态叠加原理。
一般观点认为：客观物体要有一个确定的空间位置，这种存在，是不以人的意志为转移的是客观的。比如，你的狗在家或者不在家，必然取其一。
量子力学观点认为：你的狗有一种状态是在家又不在家，你要去看它在不在，你就触发了观察的动作。你一观察，此时的状态就坍缩了，从原来的在家又不在家的叠加状态，变成在家或者不在家的唯一的状态。你不观察它，它就处于叠加态，你一观察，叠加状态就崩塌了，从而只能保留一种状态了。


2、单体叠加态：薛定谔的猫
“薛定谔的猫”这个实验被普遍认知，是量子力学的创始人薛定谔提出的，是他想象中的实验。很好地证实了”意识是量子力学的基础，物质世界和意识不可分开”
实验过程是：一只猫放进一个封闭的盒子，然把这个盒子接到一个装置上，这个装置有一个原子核和一个毒气设备。原子核有百分之五十的可能性发生衰变，衰变的时候就会发射出一个粒子，粒子一发出会触发毒气设备，毒气触发会杀死猫，因此说这只猫处于这种既死又活的迭加状态。
怎么可能既死又活两种状态同时存在呢？
1963年获得诺贝尔物理学奖的维格纳想了另一个场景，让一个朋友戴着防毒面具和猫一起呆在盒子里，他躲在门外，那么对他来说，这猫是死是活他不知道，猫是既死又活。事后他再问在毒气室里戴防毒面具的朋友，猫是死是活？此时朋友一定会回答，猫要么死要么活，不会是半死不活的。
可是这个实验又有一个问题，一个人和猫一起呆在盒子里，人有意识，意识一旦包含到量子力学系统中去，它的波函数就坍缩了，也就是说猫是死是活，只要一有人的意识参与，叠加态就不适用了，就只有要么是死要么是活的两个纯态的可能，不再是模糊状态了。
因此认为，意识是能够改变客观世界的，意识改变客观世界就是通过波函数（量子力学的状态）的坍缩，意识能够使不确定状态变成确定的状态。
到这里我们可以初步认知：物质世界离不开意识，意识是物质世界的基础，意识才使物质世界从不确定到确定，发生这样的坍缩，也就是变化。
佛学中有个理论说，一个念头一旦升起物质世界就产生了，物质世界的产生实际上是从不确定一下子变成确定的，这两者很类似。


3、多体叠加态：量子纠缠
有了以上的基础我们来看第三个诡异点，量子纠缠。如果有两个以上的东西都处于不同状态的叠加，它们彼此之间一定有明确的关系。这就是量子纠缠。
举个例子，我们从北京买了一双手套，把一只寄到香港，另一只寄到纽约，那么寄到香港的是左手戴的还是右手戴的？
此时谁都不知道，但如果香港的人收到后打开看是左手的，那么纽约的不用看就知道是右手的，因为手套是左右配对的。一旦寄出去，寄的过程中不确定，但是只要有一方观测了，另一方不用观测就知道答案。这就是纠缠的一个例子。
量子力学观点认为：如果把同一个量子体系分开成几个部分，在未检测之前，你永远不知道这些部分的准确状态；如果你检测出其中之一的状态，在这一瞬间其他部分立即调整自己的状态与之相应。这样的量子体系的状态叫做“纠缠态”。
细想，此时量子纠缠还有另外一个重要特点：：纠缠一方得到的任何信息，另一方也会马上感到，不需要信息传递，即量子隐形传输（瞬间传输的未来）。
大家的观念普遍认为一个事物永远都有个确定的状态，但是量子力学认为微观世界的事物，在还没被观察之前没有明确的状态。量子纠缠就是对于多个微观物体，在被观察之后，它们的状态从不确定到确定，作一个有关联的突变。
利用这一现象，量子纠缠现在已经变成一种工具，可以用来传输东西、传输信息。
经典物理学在信息传输的时候，只能利用信号传输，缺陷是信息不完全，比如物体的厚度，结构等无法传输。
量子信号的传输利用量子纠缠态：比如两个人一个在火星一个在地球，如果一女士在A点，她有光子A；男士在B点，他有光子B。光子A和B处于纠缠态，对A光子施加的任何作用或给她任何信息，B光子都能马上得到。这就是量子隐形传输，最后的B点得到的是和原来完全一样的信息。
经典物理在传输后所复制出来的，并不能复制任何“实体”本身。而量子隐形传输从“实体”得到完整的信息，从而复制出“实体”。
如果两个地方的物质处于纠缠态，纠缠的一方的所有信息可以瞬间传递到纠缠的另一方，这种传输没有时间空间的限制，是瞬间传播的。


4. 量子意识 - 量子力学的现象
电子这些东西，在你没有测量的时候，它处处都存在，也处处不存在，一旦你测量，电子就有个固定状态出来了。
意识也是这样，一个没有任何分别心的人，“对境无心”，看花不是花，此时他的意识处于自由的状态；如果你看到这朵花，一下子动念头了，动念头的实质就是作了测量。你用鼻子作了测量发现是香的，你眼睛进行测量发现是红色的而且美丽，你动意念去测量它，发现它很令人愉快。于是这些测量的结果，也就是念头的结果，一下子使你产生了进一步的念头：这是一朵玫瑰花，就认出它来了。
人意识的发动的过程实际上是通过动念进行测量，然后产生念头。这时候念头产生出来了，实质是通过测量得的几个我们制造出来的概念。这时意识不再自由，它突然坍塌到一个概念上。因此是念头产生了“客观”，念头就是测量，客观世界是一系列复杂念头造成的。
整个物质世界的产生，实际上在意识形成之初，宇宙本体本来是清净本然的，一旦动了念头想去看它了，这念头就是一种测量，一下子就使这个“清净本然”变成一种确定的状态，这样就生成为物质世界了。
量子力学现象的一个主要状态，就是量子纠缠。
大脑中有海量电子，它们处于复杂的纠缠状态。意识就是大脑中这些处于纠缠状态的电子在周期性的坍缩中间产生出来的。这些电子不断坍缩又不断被大脑以某种方式使之重新处于纠缠态。这就是现在量子意识的一种基本观念。
人的大脑有一点是现在的计算机和机器人做不到的，人的大脑有直觉。计算机和机器人是逻辑运算，不能产生直觉。直觉这种现象，只能是量子系统才能够产生。
脑细胞里存在着大量的纠缠态的电子，那就不可避免地有量子隐性传输，因为宇宙中的电子和大脑中的电子都来源于“大爆炸”，是可能纠缠在一起的，一旦纠缠，信息传输就能不受时间空间限制地隐性传输了。
我们的大脑中真是存在海量的纠缠态电子的话，意识是这些纠缠态电子坍缩而产生的，那么意识就不光是存在于大脑神经系统之中，不只是大脑神经细胞的交互，而且也形成在宇宙之中，因为宇宙中不同地方的电子可能是纠缠在一起的。
如此，人的意识不仅存在于大脑中，也存在于宇宙中，在宇宙的哪个地方不确定。那么在人死亡的时候，意识就可能离开你的身体，完全进入到宇宙中。也就是我们所说的世界上可能存在着类似灵魂的东西，它在人生结束之后不死，只是回到宇宙中的某个地方去了。
----—————小白的胡言乱语 误导到大家先说声抱歉----------------------------------------------

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我是量子力学的外行。对宇宙万物细分到微观粒子的实验测量得出的物理性质也应该体现在宇宙万物上面。微观粒子的波－粒二象性体现在巨观物体上面应该是“空”－“色”二象性。所以薛定谔的猫实验，猫（无论死活）在箱子里（没人看见它）时处在波（因看不见波才称为不确定）态（也称量子态），箱子打开，人们看到（无论死活）的猫，已经是物质（也称经典）态（粒子）的了。量子态与经典态的边界条件是人类意识的参加与否。这也就解决了爱因斯坦与玻尔的“月亮之争”，（物质态的）月亮是被观察者给看成的，观察者看月亮前，月亮可能不是玻尔（哥本哈根派）认为的处在哪都在或哪都不在的叠加态，可能也不是爱因斯坦（EPR派）认为的就处在那附近的客观物质实体，月亮可能处在观察者看到它时的附近的波状态。

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双缝实验是量子力学的核心实验，它包含着量子力学的最神秘之处。
理查德费曼曾说过：“事实证明，量子力学中的任何其它情况都可以这样解释：‘你记得双缝实验的情况么？它们都是一样的。’ ”

这么看来，量子力学的内容并不多，但它的降临，直接毁灭了三观，烧光了一切，整个世界突然之间所有的东西一下子都被它“腐化”了。
人们不懂这个“新”世界。即便是那些曾经被人们所熟知的事物，人们也很难懂它们现在的这个“扭曲体”。

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计算机民科来捣乱下，当年物理大会就是一群学阀串通好了，约定以后打死也不要说出去，宇宙的本原是这么简单。让人们不至于绝望发疯。
所以他们糊了一手仍然是ZF框架内的迹投首尾星连的符号，给后世的人，所以才会有 你说你懂，其实你是不懂。后来大家就像解读上古卷轴那样，出来了各个解释。然后，老和尚就对小和尚说，从前有座山，山上有个庙。。。老和尚。。。小和尚。。。。。
开玩笑的，仍在学习之中，高赞答案仍然是最好的总结介绍。别人的抽象本身就是一种最好的代劳。应与最大的赞赏和感激。