曾经有一段时间，网上有非常多的“量子产品”，什么量子水、量子眼镜、量子手机膜……各种“量子”概念层出不穷，给人一种非常高大上的感觉，但是让他们详细说说这个“量子”产品和普通产品有什么不同，他们也说不出一个所以然来。反正对于一些人来说，“量子”这个概念的就是高级，带有“量子”前缀的概念就是好。

很多商家为商品增加“量子”的前缀，就是为了迎合大众对于高级但不甚理解的概念的盲目崇拜。还有很多电影，在遇到没有办法解释的现象的时候，总是喜欢把原因推到量子力学的头上，这也就是网友所说的“遇事不决，量子力学”。

那量子力学到底是什么？这本由华中科技大学出版社出版的《量子物理学》就是一本非常好的科普读物。

《量子物理学》的作者迈克尔·G.雷默，是美国物理学会会士，美国光学学会会士，美国俄勒冈大学物理学教授，主攻量子力学方向，是量子力学方面的顶尖专家。

接下来就让我们跟随书本，揭开量子物理学的神秘面纱。

一、量子力学是物理学的分支，用来解释微观世界

说到物理学，大家应该都会想到牛顿，他搭建的经典力学体系解释了宏观世界，也就是我们可以看到的世界。可以说有了经典物理体系，我们就可以预测许多将要发生的事情。

比如我们知道一辆车的起点、目的地、路线和限速，我们就可以大概估算车到达目的地需要多少时间。可以说在经典物理的体系中，这个世界是确定的，只要你知道一些特定的因素，你就可以精准地预测未来。

但是在微观世界则不是这样。

我们都知道原子是组成这个世界的基本微粒之一，而原子由原子核和电子构成。最小的氢原子直径大概是0.1纳米，但如果将这个氢原子比喻成一个足球场的话，氢原子核的大小就相当于足球场中的一个硬币。但氢原子的质量主要就集中在这个原子核上。

电子则更小，如果氢原子核是一个足球场，那电子就相当于一根头发丝的粗细。它们的质量更轻，并环绕在原子核的周围。

人们曾经以为电子就像行星环绕恒星一样，有序、有轨道地环绕在原子核的周围，但其实这种认知并不正确。

电子其实是随机地出现在原子核周围的不同位置，这种随机地出现并没有特定的轨迹，这一瞬间是在你的面前，下一瞬间可能在你十米外地地方，再下一瞬间可能就出现在你的背后。这种随机性就是微观粒子的特性，也是量子物理学的基础。

二、量子力学的特点是随机，只能确定开始与结果

不少了解过量子力学的朋友一定听说过“薛定谔的猫”。这是量子物理学家薛定谔为了从一个宏观的角度来解释量子力学的现象所创造的物理模型：如果将猫放在一个不透明的盒子里，盒子里放上一触碰就会放出剧毒物质的装置，然后将盒子盖上，我们就无法确定盒子里的猫这一秒是生是死，除非打开盒子看一眼。

在盒子还盖上的时候，猫是“生和死”的叠加态，也就是说猫是既生又死的，两种状态同时出现在猫的身上；而当盒子打开之后，这种叠加态会变为一种“生或死”的本征态。这个观察的过程在微观世界被称为“波函数坍缩”。

这种“叠加态”在宏观世界是不可能存在的，毕竟不可能会出现一只“既生又死”的猫。在宏观世界，生就是生，死就是死；但是在微观世界，一个粒子的状态是随机的，只有在观测的那一瞬间，这个粒子的状态才被决定，是决定，而不是发现，说明人类的观测会影响事件的结果。

书中记录了一个非常有趣的实验来证实这一点：将电子像弹珠游戏一样，从一个位置发射出来，并最后观察它落在了哪个位置。如果是现实生活中的弹珠游戏，那么弹珠落在“山羊”与“汽车”之上的概率各为50%。

但是将弹珠换成电子之后，不知为何，电子总会100%地落到“山羊”上。因为好奇，科学家将一块挡板换成了弹簧装置，让电子落在上面之后，弹簧装置就会发热，以此来确定电子的轨迹。神奇的是，换成弹簧装置之后，电子落在“山羊”和“汽车”上的概率变成了各为50%。

三、量子可能性在时空中的振动实际上就和波类似

当你将一块石头丢进平静的湖面，湖面荡起的一圈圈的波纹，就是由水上下振动而产生的，这也就是物理学中所说的“波”。

而当你朝湖面里丢进两块石头，两块石头产生的波纹相互叠加，从而产生新的波纹，这就是波的干涉。如果两个波的叠加使水振荡的幅度更大，那这种强化效应就被称为相长干涉；如果两个波的叠加使水振荡的幅度减小，那就是相消干涉。

就像那一束每天早上照在我们脸上的光，就是一串电磁波，我们看这束光像是一条直线，但是它的本质是波动前进的，且不是一个方向的波动，而是无数波的组合，物理学的概念叫做不同方向的“偏振”。人们现在看到的3D电影，就是用眼镜挡住其他方向的光源，只让特定方向的偏振光进入我们的眼睛，从而产生立体的效果。

从微观角度来看，所有的事物都可以被分解为一份一份更小的粒子，而光的最小份被称为“光子”。所以光到底是粒子还是波呢？科学家们将光这种既是粒子，又有波的特征的现象，称为“波粒二象性”。

这种现象在书本中又有更准确的解释：量子可能性在时空中的振动实际上就和波类似。而这种可能性被物理学家薛定谔称为“psi”，是一个用于描述量子在时空中运动过程的物理量，而这个物理量是一个波函数，它决定了在某个地点发现粒子以某个速度移动的概率。

这是一个非常抽象的概念，相当于某个粒子随时有可能以某个速度出现在你的周围，而这一切只是一个概率性的问题。

写在最后

网络上有非常多关于量子力学的视频、科普，但是许多都大同小异，甚至有些为了博人眼球而以讹传讹，将量子力学神化、玄学化，这些都远离了科普的初衷，转而为流量服务。

《量子物理学》是一本非常基础的科普读物，用让人最容易理解的语言解释了量子物理这一门高深的学科，让我们不仅仅是知道这门学科，也让这门学科不再那么神秘。

希望有越来越多的人可以喜欢这类基础学科，也希望有更多人可以用心将一门真正有深度、有内涵的学科，科普给更多需要和感兴趣的人。