量子纠缠通俗解释（量子力学的基本原理）

一、“量子”概念冲击了经典物理学大厦

“量子”概念中展现出的不连续性，对以连续性为基础的经典物理学提出了重大挑战。

1. 经典物理学在19世纪末发展到了巅峰

在19世纪末，经典力学、经典电动力学、经典热力学这三大体系和谐统一，牢不可破，共同构成了经典物理学的大厦。当时人们认为，物理学已经发展到了尽头，任何现象都在物理学的解释范围之内。

【案例】

热力学泰斗开尔文爵士曾说：“物理学的未来，只能在小数点第六位之后去寻找。”意思是说，物理学各个领域的基础原理都已经定型了。此外，普朗克的老师也曾劝说普朗克别再研究物理学，认为物理学体系已经成熟了。

2. “量子”概念的提出冲击了经典物理学的连续性基础

在经典物理学发展到顶峰之时，两朵看似无关紧要的“乌云”，却最终导致了经典物理学的覆灭：一朵引发了相对论革命，一朵引发了量子论革命。

普朗克发现，能量的发射和吸收是有一个最小单位的，并不能无限分割，是非连续的。而经典物理学建立在微积分之上，连续性是经典物理学的基础。量子论由此颠覆了经典物理学的大厦。

【案例】

在量子论中，能量的发射和吸收就像是花钱一样，你一次最少也要花1分钱，因为没有比1分钱更小的面值了。能量也一样，它有个最小单位，是不连续的。而在经典物理学中，一切都是平滑连续的。

二、量子力学是一场“掷骰子”的概率游戏

在经典物理学中，只要进行足够的计算，粒子的状态都是可以完全确定的。但量子力学认为，我们无法确定粒子的分布，只能掌握粒子出现的概率。

1. 粒子的分布位置不是一个确定事件，而是一个概率

薛定谔在研究原子的过程中得到了一个方程，其中的 ψ 函数代表了电子在空间中的分布。薛定谔一开始以为，ψ 代表了电子的实际分布位置。但波恩却指出，ψ 函数代表的是电子出现的概率，并不是实际位置。电子的分布是一种随机分布。

【案例】

在光的双缝干涉实验中，单个电子的出现位置是完全无法预测的，因为电子的位置是随机分布的。但如果我们加大电子的发射量，就能看到明显的干涉条纹。因为大量电子的随机分布是符合数学规律的，我们就可以预测电子在某一处出现的概率。

2. 量子力学颠覆了“决定论”

在经典物理学中，一切事物之间都是有因果联系的。只要掌握了足够多的规律，拥有足够强的计算能力，就可以掌握所有事物的过去和未来，这种观点被称为“决定论”。但量子力学提出，我们不可能预测一切事物，只能预测事物发生的概率，上帝是在玩“掷骰子”的概率游戏。这一观点从根本上否定了决定论。

【案例】

爱因斯坦不相信上帝会“掷骰子”，他在写给量子力学奠基人之一马克斯·波恩的信中明确表示，自己绝不愿意放弃因果性，他坚信量子论的基础一定有问题，一定能挑出毛病。他在信中说：“我毫无保留地相信，上帝是不会掷骰子的！”

三、量子力学中的“不确定性”推翻了“实在论”

“不确定性”原理指出，我们无法同时精确地测量电子或其他微观粒子的位置和速度，并且，我们的观测行为本身，会对测量结果造成干扰。所以，我们不能说世界的本质是什么样的，只能说我们观测到的世界是什么样的，甚至可以说，根本就不存在一个客观实在的世界。

1. 我们无法同时精确测量一个电子的位置和速度

海森堡在研究中发现，当我们在测量电子的速度和位置时，如果对速度的测量越精确，那么对位置的测量就越不精确；反过来也一样，对位置的测量越精确，对速度的测量就越不精确。这就是大名鼎鼎的“海森堡测不准原理”，也就是“不确定性原理”。

【案例】

科学家们进一步研究发现，能量和时间，也存在着这种不确定性的互补关系。如果能量测量的越精确，时间就越模糊；如果时间测量的越精确，能量就会开始起伏不定。许多物理量都遵循着海森堡的不确定性原理，此起彼伏，难以捉摸。

2. “不确定性”原理意味着“实在论”的破灭

“不确定性”原理意味着，我们的观测行为本身，会影响我们的观测结果。采取不同的观测方式，会观测到不同的结果。因此，我们无法把握事物的本质状态，甚至可以说，在量子世界中，根本就没有一个绝对客观的实体或者外部世界。

【案例】

假如你现在看到了一匹棕色的马，那如果你带上墨镜，那这匹马的颜色在你眼中就变了，而如果你是一位色盲患者，那马在你眼中又会是另外一种颜色。我们其实并不知道马在本质上是什么颜色的，只能说马在我们的观察中是什么颜色的，甚至可以说，马根本就没有什么“本来的颜色”。

《上帝掷骰子吗？》