“这些开创性实验不仅确认了量子力学是正确的还开启了第二次量子革命”

今年诺贝尔物理学奖“花落”量子力学。

北京时间10月4日17时45分，诺贝尔奖委员会公布了年物理学奖获得者：阿兰·阿斯佩、约翰·克劳泽和安东·塞林格，以表彰他们在“纠缠光子实验、确立对贝尔不等式的违反和开创性的量子信息科学”方面的成就。

诺贝尔物理学奖获得者：阿兰·阿斯佩、约翰·克劳泽和安东·塞林格

这两天，“诺贝尔物理学奖、量子纠缠、量子力学”这些名词，也一下子齐刷刷地登上搜索榜，今天，“量子纠缠”更是登上热搜榜首。

有的网友在感叹完全看不懂，也有人在努力给大家解释。

到底什么是量子纠缠？它与量子力学有什么关系？

年，我国量子计算机“九章”问世，秒就能解决过去6亿年的计算，远超谷歌，成世界第一，厉害之处是构建了76个光量子的“量子纠缠”。

民间故事里有个“崂山道士”，他可以穿墙而过，你以为这是骗术？量子力学中，“穿墙术”竟然是真的，叫“量子隧穿”。

这些匪夷所思的概念背后，正是量子力学。

俗话说，“遇事不决，量子力学”，今天，从半导体到核聚变，从光合作用到DNA修复，量子力学是当代前沿科技和世界运行的底层逻辑。

连金融巨鳄索罗斯也把自己的家业叫作“量子基金”。与此同时，从“量子波动速读”到“量子算命”，从“量子推拿”到“量子治痛经”，大量的“量子+”骗局也大行其道。

量子世界，真的这么神奇吗？

是的，会彻底颠覆你的传统认知。而且，很有必要来一场“时空穿梭”，知晓真量子，鉴别假量子。接下来这篇文章是有点烧脑的，我们不得不进行善意的提醒。

如果不信，请看量子论创立者——普朗克在研究量子前后的对比照，把一个活脱脱的美少男变成了凌乱的毁容大叔。

左：研究前的普朗克，右：研究后的普朗克

01幽灵来了

时光倒流到年。当时，世间万物从银河系的星空，到人类脚下的尘埃，都被牛顿的“万有引力”所驯服，安安静静、有条不紊地运行着。太阳系海王星的发现，更加固了牛顿力学的坚不可摧。人类已经自信地认为掌控了力、热、光、电、磁等所有自然的规律。经典物理帝国，进入全盛时代。年4月27日，伦敦天气，乍暖还寒。阿尔伯马尔街皇家研究所里，世界最有名的科学家们齐聚一堂。76岁的学术泰斗开尔文男爵发言了：“世界运行的一切原理都已经被发现了，物理学尽善尽美，再也不可能有任何突破性的进展了！But，物理学灿烂无比的天空中还飘浮着两朵乌云——‘以太问题’和‘黑体辐射’，未能得到解释。”气氛开始凝重起来，接下来如黑云压城、城欲摧。这时，普朗克登场了。且说大学选专业的时候，颇有音乐天赋的普朗克，跟导师祖利说：“老师，我想学物理。”老师说：“别，孩子，学物理不好找工作啊，它盛宴已过，没有空间了，何必浪费时间在上面呢？”普朗克说：“我就是感兴趣。”老师摇摇头：“哎，去吧，可惜德意志失去了一位优秀的音乐家。”年时，钻研“黑体辐射”多年的普朗克已经42岁，过了不惑之年，还没找到答案。命运开始对他发笑，老师的话一语成谶，普朗克的物理前途似乎真的没多少空间了。一天，百思不得其解的普朗克，干脆破罐子破摔，心想“我是否先不考虑背后的物理原理，而是在数学上先凑出一个‘黑体辐射’的公式？”于是，普朗克三下五除二，竟然真的蒙出来了！即著名的黑体方程和神奇的“普朗克常数（h）”。要说这“普朗克常数”有多厉害呢？在整个宇宙数字中可以排名前3，另两个是牛顿的万有引力常数G和相对论中的光速c。普朗克最重要的思想贡献是指出“能量在发射和吸收时，不是连续的，而是一份一份的”。这又有啥了不起的？你只需知道，该观念颠覆了伽利略、牛顿以来，关于一切自然现象是连续不断的论断。从此，不连续、不确定的世界观诞生了。而这一份一份的东西，普朗克称之为：

量子。12月，普朗克发表他的理论成果，如同打开潘多拉魔盒，释放了“量子”这个沉睡亿万年的幽灵，“量子力学”正式诞生。开尔文口中的一朵乌云，就这么引发了一场极微观的革命。但是，此时的普朗克，并不能解释“一份一份的”能量，意味着什么。道破天机者，此时还是个求职无门的小爱同学，5年后，他左手写出“光电效应”，解释了普朗克的困惑，成为量子论的另一开创者；他右手写出“狭义相对论”，赶跑了开尔文的另一朵乌云，掀起了极宏观的革命。（参见《牛顿啊，请原谅我》）令人意想不到的是，量子思想是如此之离经叛道，普朗克和爱因斯坦，不久后将变成量子论的坚决反对者，革命者本人成了反革命者！更令人意想不到的是，不认可量子规律，将成为爱因斯坦一生最大的“败局”。

世纪科学上最伟大论战

大家应该读过这么一首英国小诗：“一沙一世界，一花一天堂；双手握无限，刹那是永恒。”人们惊叹此诗的想象力。但如果你回到年，28岁的丹麦青年玻尔大概率会告诉你：一沙一世界，这是真的。打个不严谨的比方，如果把原子这枚粒子，放大10的30次方倍，就相当于一个银河系；一个原子，包含了整个宇宙，是一个宇宙的“全息胚”。这一年，玻尔提出原子构造模型，宣告了量子力学进入“青年时代”，他开创了著名的“哥本哈根学派”，成为全欧洲的学术中心。玻尔凭此成就，成为了量子界早期“三巨头”：普朗克、爱因斯坦、玻尔。

接下来，玻尔与爱因斯坦的大论战，是几个世纪来科学史上最了不起的论战。年10月底，索尔维会议召开。“索尔维”的名字你可能没听过，但是爱因斯坦、居里夫人、普朗克、玻尔、薛定谔、海森堡这些人你一定听过，他们都来了。下面这张合影，被称为人类历史上智商最高的一张合影，29人中共有17人获得诺贝尔奖。

年索尔维会议合影他们分为三派：一，哥本哈根一派，由玻尔领衔，支持者波恩、海森堡、泡利等；二，爱因斯坦一派，支持者有德布罗意、薛定谔等；三，实验派，暂且略过。一群“小将们”就前沿物理问题唇枪舌战、你来我往几个回合之后，没有结论，互不买账。于是，讨论很快指向了幕后的真正大佬，爱因斯坦和玻尔的对决。自此往后，这场决斗延续了近30年，若干回合，直至两人先后去世。来看其中最重要的三次交锋。

01第一次交锋：爱因斯坦攻击“海森堡不确定性原理”。

“不确定性”是量子世界的本质。假设你站在原子核上，把电子当作月亮，此时，你眼中的月亮将同时出现在所有位置，而且，月亮以各种速度在同时运动。在微观世界，“月亮”成了一团云雾，被称为“量子叠加态”。所谓叠加态，就好比你在听交响乐，在一组声波中，同时听到几种不同的乐器声。

图：电子叠加，来源：wikimedia

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