量子力学到底是什么，普通人能读懂吗？

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量子力学到底是什么，普通人能读懂吗？

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题主你好。我记得去年我回答过另一个问题，是关于相对论的。现在，我来谈一谈量子力学。量子力学我也谈过几次，但是主要是拆量子力学的台。这次我打算正说一次量子力学。量子力学是物理学的一个很重要的理论，它和经典力学是完全不一样的理论。
在过去很长一段时间里，我们常把二十世纪以前的物理学称之为“经典物理学”。把二十世纪诞生的两个物理学理论，即相对论和量子力学，称作为非经典物理学。但是，经过将近半个世纪的探索，物理学界最终取得一个认同，把只要是不具有量子力学效应的物理理论，包括非量子化的相对论，都叫做“经典物理学”。因此，“经典”二字指的是“不具有量子效应”！为什么相对论和牛顿力学都可以划到经典力学里面去呢？我们来看看，相对论和牛顿力学除了有不同之处外，还有什么相同之处。
事实上，相对论和牛顿力学都是认为客观世界是决定论的，只要我们知道某个时间下，整个宇宙的状态函数，然后知道了宇宙的动力学方程，那么我们就能准确预测出下一个时刻（很短的时间间隔）的宇宙是什么样的。这就是拉普拉斯决定论。但是这么朴素的想法，在量子力学却无法做到！量子力学的一个很重要假设就是，无论时间多么短，我们都无法准确知道在这样段时间后的宇宙究竟是什么样！这就是非决定论。
非决定论来自于量子力学的一个重要假设：一切物理状态皆由波函数给出，而且波函数服从玻恩诠释。玻恩诠释指的是波函数的复数模平方等于在单位体积内粒子能出现的概率。这个说法和数学里面的概率有一些相似。没错，物理学自量子力学建立那天起，就在也离不开概率，或者说再也无法避免概率的阴霾。这条假设的后半句，到现在都没有人真正理解其背后的物理机制！为什么波函数会服从玻恩诠释，是什么原因导致概率出现。这些问题其实一直无法被物理学家清晰而明确地解决。
量子力学另一个神奇的假设是关于叠加原理的，这个原理一般会引起很大的歧义：波函数可以分解为一系列相干波的线性叠加。这里面的歧义就是，虽然它和经典力学里面波的叠加原理很像，但是却不是一回事。经典力学的叠加原理是让两列波相加，但是加的结果和原本两列波没有一分钱关系！而量子力学却不是，在量子力学里面，波相加的结果是：新的波可以是原来两列波中的任何一个，也可以同时是两列波。这个很抽象，用宏观现象类比就是，经典力学认为一个杯子要么处于地上要么处于桌子上，二者只能居其一；但是量子力学认为，杯子既可以在地上又可以同时在桌子上，二者可以兼得！

说了这么多都是关于量子力学的假设，那量子力学到底是什么？量子力学其实是基于微观粒子的波粒二象性的一种物理理论，它的研究对象是微观粒子极其组成的客观实体。因此，无论是宏观还是微观，都属于量子力学的研究范畴！这里面有一个名词：波粒二象性。什么是“波粒二象性”？它指的是，对于粒子和波来说，都是既具有波动性，又具有可局域化的粒子性。对于粒子来说，我们可以指着空间一点说，这一点有一个粒子，其附近空间里没有粒子；而波则不行，波是空间里面一种集体行为，不能说一个点上有波，其他点就没有波。但是，真实的粒子却兼具着两个性质。这才是量子力学神奇之处！我曾经讨论过如何理解“波粒二象性”，波粒二象性是不能按照经典力学的粒子和波的理解方式来理解的，也就是说，我们要放弃经典力学的粒子观和波动观，建立属于量子力学的波和粒子。也就是说，量子力学里面的粒子和波都是既有集体行为，也有局域性的。
量子力学是一个十分成功的理论，二十世纪科技革命，和量子力学的关系远远大于和相对论的关系。从核武器的研制成功，到半导体技术，随处可以看到量子力学的身影。可以说量子力学是一个无所不能的理论。化学、生物也都在量子力学建立以后和物理学相互融合——也可以说物理学开始吞并化学和生物了。
这么有用的理论，普通人能否理解呢？其实，连物理学家也只能理解量子力学的计算，不能理解为什么能这样计算！这就是量子力学“不讲理”的地方。也是量子力学值得深入研究与发展的地方。作为普通人，尤其是不和物理学打交道的人，稍微了解一点量子力学即可——或者说不被市面上的“量子黑科技”所骗了就行了。

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量子力学是什么？
量子力学是研究微观世界基本粒子的性质的一门学科，也是现代物理学的一大支柱。

普通人能读懂吗？
这个问题要看你自己对读懂的定义了，就量子力学这门学科来说，想要研究个透彻，普通人不行；想要搞清楚个大概，普通人也不行；想搞清楚原理，普通人很困难；像我们这样的普通人，面对量子力学最多也就只能强行接受它的结论和观点而已，这也不是什么不好的事，毕竟量子力学很多的结论都是被证实是正确的。

为什么我这么说呢？
要弄懂一门科学，比如万有引力，普通人能做的也就只有强行接受“任意两个有质量的物体之间存在天然的吸引力，其吸引力的大小与两物体之间的距离的平方成反比”这样一个观点而已。如果你想要深入的研究万有引力的规律，你就必须要有数学基础，至少要能看懂F=GMm/r，还要会看懂这个公式引申出来的各种变形公式，看懂这些才只能说你可以研究万有引力的规律，对万有引力的本质仍然不清楚。如果还要研究万有引力的本质，你需要更高的数学知识，你需要看懂并理解广义相对论里对引力的描述，也就是引力场方程。

接下来再扯到量子力学，同样的道理，我们普通人对量子力学也只能强行接受它的观点。
波粒二象性：所有的粒子或量子不仅可以部分地以粒子的术语来描述，也可以部分地用波的术语来描述。
叠加态：在没对粒子做“观察”时，粒子同时处于所有有可能的存在状态的叠加。我用人话解释一遍：假如一个粒子有可能向左运动，也有可能向右运动，在没对这个粒子观察时，这个粒子处于同时向左也向右的状态。（很扯哈，可这是真的）
波函数坍缩：当对一个处于叠加态的粒子观察时，粒子会从叠加态的模糊状态坍缩成一个确定的状态呈现在人们眼前。再用人话解释一遍：当一个粒子处于向左又向右的叠加态时，如果我们去观察它到底是向左还是向右时，粒子会从这种模糊状态“完全随机地”选择一种确定状态来呈现在人们眼前，或左或右，反正就一种状态。
量子纠缠：两个有联系的粒子，无论相隔多远，其中一个粒子的状态发生变化时，另外一个粒子的状态必定瞬间发生变化。

同样的，这些观点是正确的，但它很抽象，且就表面叙述来看，这些规律离普通人的生活比较远，普通人连接受它都比较困难，要理解它谈何容易，要理解量子力学，需要极高的数学知识和逻辑思维，也就是说你得看懂这些东西。。。

普通人：这是人能看懂的吗。。。
图片来源:网络

半岛宫殿rw

量子力学是物理学的基本规律，泛泛地说现代物理学的基础是量子力学和相对论，但相对论的应用明显没有量子力学多，所以如果你认为量子力学就是现代物理学的全部基础，也没有太大问题。

懂了量子力学，最大的好处还不在于能够理解最新的科学发展，更在于有可能实际进入一线从事科学研究。说白了，懂了量子力学，想成为科学家是分分钟钟的事。

那么普通人能够成为科学家吗？或者我们需要那么多科学家吗？我认为未来的趋势是知识社会。知识普及，产业升级是大势所趋，未来社会人人都是科学家，在星际迷航的时代，量子力学是每个量子技师必须掌握的基础技能。

这本书是量子力学的标准教材。

这个未来，在一两代人里就能实现，换句话说每个年轻人都要为这个未来做准备。
那么量子力学普通人能学懂吗？

量子力学，从无到有确实很难，但如果已经有了，普通人掌握起来还是容易的。但也需要注意，一定要有合适的老师，防止跑偏，要有好的教材，一步一个脚印的去学，最后一定要有实践的机会，所谓实践就是有机会做物理实验。

能同时满足以上三个条件的地方就只有大学了，特别是拥有不错物理系的大学。其实这样的学校不少，中国排名前50位的大学肯定都可以，以后这个数字只会越来越多。

因为我教过量子力学，同时一直在网络上写量子力学相关的帖子，所以接触过不少对量子力学感兴趣的朋友。但我感觉这些朋友很多都不是普通人，因为他们大多对带点神秘色彩的东西感兴趣，他们了解量子力学都有些非科学的目的，比如用量子力学来带带自己的私货。

费曼的这本书非常不错，是由针对普通人的演讲整理而来的，而且很深刻。

这里我想说，仅仅是兴趣，仅仅是勤于思考，很难使我们进步或少犯错误。科学之所以能进步，是因为它是实践性的，什么时候你用量子力学做实验了，哪怕再简单，或者再困难，只要你认真对待，总能取得进步，并且在这个过程中你会自然而然地纠正对量子力学的错误认知。

所谓在游泳中学游泳就是这个道理，这也是我一直对科普概念保持怀疑，只相信科学教育和科学研究才是普通人了解科学的唯一途径的理由。
其实大多数科学家也就是普通人，说喜欢量子力学的人，就不要再叶公好龙了，拿起教材慢慢读吧。

从产业发展的角度，量子材料，量子信息和量子计算有可能是下一个风口，给摩尔定律“续命”将会给未来带来更多技术创新的机会。

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量子力学，是描述微观世界亚原子粒子的运动状态和行为的理论，在量子世界里，粒子的行为与我们宏观世界中的经典物理理论格格不入。上世纪20年代的索威尔物理大会上，以爱因斯坦和波尔为首的两大物理学派围绕量子力学进行了激烈的辩论，直到今天这样的争论仍在继续，科学家们仍旧没有完美地统一相对论与量子理论。

量子理论之所以如此诡异，就是因为我们在宏观世界熟悉的大自然法则在量子世界几乎全部失效。
测不准原理。比如说，我们熟悉的现实世界具有确定性，我们能确定一个人，一栋楼房或者其他事物的具体位置，并可以加以描述，但在量子世界你永远不能准确描述粒子的具体准确位置，甚至粒子可以同时出现在两个不同的地方！
还有，在宏观世界我们熟悉的因果关系在量子世界也不复存在，结果可以影响原因，这样的状态你能想象到吗？同时，量子纠缠，量子隧穿，还有电子双缝干涉实验的诡异现象等都与我们的宏观世界有天壤之别。

还有一种概念叫“量子泡沫”，上世纪50年代科学家惠勒根据量子力学提出的概念。量子泡沫又叫时空泡沫，描绘的是宇宙诞生前的一种状态。在普朗克尺度下（有意义的最小长度单位），时空不再是平滑的，会不断地出现能量的起伏，称为“量子涨落”，这种涨落让科学家们发现真空不再是空无一物，而是不断地有正反粒子生成和湮灭，微小粒子能够向真空“赊借”能量然后迅速湮灭，把能量归还给真空！
量子力学主要描述次原子世界甚至是真空里的活动变化，如此微小的世界让我们很难直接观看到那里的真实情况，而那个世界出现的各种诡异现象更让很多人摸不着头脑。
不过，无论怎样，量子力学远不是一个想象出来的假说，它是一门独立的理论科学，无论是普朗克，薛定谔，海森堡，波尔甚至是一向反对量子力学的爱因斯坦都是量子力学的创始人。同时，量子力学已经深深地应用在我们的日常生活中，我们生活中离不开的半导体，电子元件都与量子力学有直接的关系。

目前量子力学和经典物理理论相对论还没有得到完美的融合，弦理论的出现似乎把两者融合在了一起，不过弦理论本身似乎比量子力学更加难以理解，更加让人摸不着头脑！可以预见的是，两大理论终会得到完美融合，因为虽然我们是在宏观世界里，但宏观世界的一切都是由量子世界的微小粒子构成，它们本就不应该出现矛盾！