1900年，德國科學(xué)家普朗克在研究黑體輻射時(shí)提出著名的“普朗克黑體公式”，同時(shí)他得出一個(gè)結(jié)論，即要使方程成立，就必須作一個(gè)假定：假設(shè)能量在發(fā)射和吸收的時(shí)候，不是連續(xù)不斷的，而是一份一份的。也就是說能量不能無限切割，能量有其最小的基本單位。最初普朗克將這個(gè)基本單位稱為“能量子”，隨后很快就改稱為“量子”（普朗克的意思是說能量的傳輸只能是以一個(gè)量子、兩個(gè)量子或者任意整數(shù)個(gè)量子傳輸，而不可能是二分之一個(gè)量子或者五分之一個(gè)量子）。就這樣量子登上了物理世界的歷史舞臺(tái)，時(shí)間是1900年12月14日。截至今天量子誕生短短一百余年，一方面量子論獲得了巨大成功，其成果深刻改變了我們的世界，我們的衣食住行無一不被量子理論所顛覆，從某種角度來說，簡直不亞于一場革命。另一方面，對(duì)量子論各種奇特的形式，人們始終只知其然而不知其所以然，量子的理論發(fā)展帶有濃厚的玄學(xué)味道。
事情從1887年說起，新婚剛剛?cè)齻€(gè)月的赫茲完成了一項(xiàng)改變?nèi)祟悮v史的實(shí)驗(yàn)——驗(yàn)證麥克斯韋電磁學(xué)理論。赫茲通過實(shí)驗(yàn)成功的實(shí)現(xiàn)了電磁波的捕捉，證實(shí)了經(jīng)典電磁理論的的預(yù)言，證明了經(jīng)典電磁學(xué)的正確性。就在十余年前英國物理學(xué)家麥克斯韋，以其簡潔明了的麥克斯韋方程將磁學(xué)、電學(xué)、光學(xué)統(tǒng)一起來，創(chuàng)立了經(jīng)典電磁學(xué)。他預(yù)言了電磁波的存在，預(yù)言光是電磁輻射的一種存在形式。而這個(gè)預(yù)言終于被人類第一次證實(shí)。赫茲的成功使整個(gè)物理世界都為之歡呼，后來人們?yōu)榱思o(jì)念這個(gè)時(shí)刻，用赫茲的名字來代表電磁波的基本形式——波動(dòng)幅度的單位。不過赫茲的實(shí)驗(yàn)有一個(gè)小小的瑕疵，赫茲發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，赫茲發(fā)現(xiàn)光照似乎對(duì)他的實(shí)驗(yàn)有影響?，F(xiàn)在大家都明白，赫茲發(fā)現(xiàn)的是很平常的“光電效應(yīng)”，在當(dāng)時(shí)這令他百思不解，不過在1887年，比起證實(shí)麥克斯韋理論的巨大成功，這個(gè)小瑕疵實(shí)在不算什么。
隨著時(shí)間，赫茲偶然發(fā)現(xiàn)的光電現(xiàn)象被人們通過各種方式進(jìn)行了深入研究。這種現(xiàn)象表現(xiàn)為當(dāng)光照射到金屬上的時(shí)候，金屬表面會(huì)飛出電子，就像是被光線打出的一樣，對(duì)光與電之間存在的這個(gè)有趣現(xiàn)象，人們叫它“光電效應(yīng)”?？茖W(xué)家認(rèn)為，光線顯然具有某種能量，在照射金屬時(shí)使得金屬中的電子獲得能量，從而掙脫束縛逃逸出來。但這種解釋卻有一些難以解釋的地方，例如按照經(jīng)典電磁理論來說，光是電磁波的一種，也就是說光是一種波，那么對(duì)波來說強(qiáng)度代表了能量，所以光的強(qiáng)度也就是光的能量。理論說光的強(qiáng)度越大能量就越大，就越能夠照射出電子。但是實(shí)驗(yàn)卻不是這樣，人們發(fā)現(xiàn)光是否能照射出電子與光的強(qiáng)度沒有關(guān)系，而是與光的頻率有關(guān)系。簡單說就是頻率的高低決定了能否照射出電子，例如高頻光（像紫外線）無論其強(qiáng)度高低一定能照射出電子，而低頻光（例如紅色光）即便是強(qiáng)度再大也照射不出電子，這明顯不符合麥克斯韋電磁理論。
1905年，在瑞士專利工作的一個(gè)年輕的三級(jí)專利員完美的解決了這個(gè)問題，他的名字叫愛因斯坦。這篇名叫《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn)》的論文是愛因斯坦第六篇論文，論文以普朗克的量子假設(shè)出發(fā)說，光線不是連續(xù)的而是一份一份的，愛因斯坦把它們稱為“光量子”。單個(gè)“光量子”的能量越高則表現(xiàn)為頻率越高，而光的強(qiáng)度則只代表更多的“光量子”數(shù)量。如此以來，既然能量高低決定了是否打出電子，而高頻率又代表高能力，所以高頻率的光更能打出電子。后來，“光量子”被稱為“光子”。這個(gè)假設(shè)雖然完美的解釋了“光電效應(yīng)”，但卻不符合經(jīng)典電磁學(xué)對(duì)光的描述，麥克斯韋說光是波，那么“光量子”又是什么呢？這種描述明顯更像粒子?？墒菒垡蛩固沟睦碚搮s被實(shí)驗(yàn)有力的證實(shí)，雖然晚了點(diǎn)。而且很快，人們發(fā)現(xiàn)在原子模型中，量子態(tài)無處不在。
19世紀(jì)，湯姆遜在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了電子的存在，從而打破了一直以來原子不可分割的觀點(diǎn)。原子中存在電子，那么這就說明原子有著自己的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。到了1910年，盧瑟福通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)原子中有某種密度很大的核心，而且這個(gè)核只占據(jù)原子半徑的萬分之一，也就是說原子實(shí)際上是空無一物的?；谶@種認(rèn)識(shí)盧瑟福試圖構(gòu)建原子的結(jié)構(gòu)，他于1911年發(fā)表了原子結(jié)構(gòu)的“行星系統(tǒng)”模型。一個(gè)占據(jù)絕大部分質(zhì)量的原子核在原子的中心，而原子核的四周是帶負(fù)電荷的電子沿著特定軌道圍繞原子核運(yùn)行，就像一個(gè)微型的太陽系。但是很快有人指出，按照經(jīng)典電磁理論，這兩者之間會(huì)放出強(qiáng)烈的電磁輻射，輻射會(huì)損失能量，從而導(dǎo)致電子持續(xù)失去能量而墜毀在原子核上，從而造成原子的毀滅，這個(gè)過程只需要一瞬。所以按照經(jīng)典電磁學(xué)理論，“行星系統(tǒng)”是不可能存在的。我們知道世間萬物都由原子構(gòu)成，原子的毀滅也就預(yù)示著這個(gè)世界是不存在的，但這顯然并沒有發(fā)生?？墒菍?shí)驗(yàn)明確說明原子是由原子核與電子構(gòu)成，那么就只剩下一種解釋——經(jīng)典物理學(xué)無法解釋原子結(jié)構(gòu)。這個(gè)時(shí)候，一個(gè)叫玻爾的年輕小伙子，走上歷史舞臺(tái)，一生傳奇的他將徹底改變這個(gè)世界。
玻爾是丹麥人，他得到盧瑟福的賞識(shí)，曾在曼徹斯特跟隨盧瑟福工作，所以熟知盧瑟福的原子理論。1913年，回到丹麥的玻爾繼續(xù)試圖揭開原子內(nèi)部的奧秘，在得到其他的提示后，他吸收了一種新的方式——原子光譜線。當(dāng)時(shí)人們已經(jīng)知道，任何元素在被加熱時(shí)都會(huì)釋放特定波長的光，這些光通過分光鏡投射到屏幕上就會(huì)得到光譜線，通過光譜線我們可以分辨出到底是那種元素。當(dāng)時(shí)瑞士的一名數(shù)學(xué)教師，叫做巴爾末的更是發(fā)現(xiàn)了其中的規(guī)律，并總結(jié)出了著名的“巴耳末公式”。玻爾在研究巴耳末公式時(shí)發(fā)現(xiàn)，公式中描述的原子放射符合量子規(guī)律，他得出結(jié)論原子內(nèi)部只能釋放能量不是連續(xù)的，而是一份一份的特定量的能量，從而提出了原子結(jié)構(gòu)的“玻爾模型”，根據(jù)玻爾的模型，原子結(jié)構(gòu)不是類似行星圍繞太陽運(yùn)行的模樣，而是量子化的。電子放出和吸收的能量不是持續(xù)不斷的和任意的，它只能釋放和吸收一份一份的特定值，所以電子只能在能量值所對(duì)應(yīng)的特定軌道，當(dāng)能量發(fā)生變化，電子就跳躍到能量值對(duì)應(yīng)的其他特定軌道，這種現(xiàn)象叫做“電子躍遷”。關(guān)于電子的躍遷過程我們需要注意的是，這并不是說電子好像汽車變道一樣，從一個(gè)軌道飛到另一個(gè)軌道，“電子躍遷”是個(gè)量子化的過程，量子化是不連續(xù)的，也就是說電子并沒有處在兩條軌道之間的任何狀態(tài)。為了便于理解你可以把這個(gè)過程想象成“空間轉(zhuǎn)移”，電子從一個(gè)軌道消失然后在另一個(gè)軌道憑空出現(xiàn)。“玻爾模型”取得巨大成功，但模型對(duì)于電子為什么只能具有量子化軌道卻解釋不清楚，而且模型只對(duì)只有一個(gè)電子的情況起作用，如果是多個(gè)電子（比如氫原子）則無能為力，另外對(duì)于光線的偏振、強(qiáng)度和很多其他的現(xiàn)象，“玻爾模型”都完全失敗了。究其原因，玻爾的模型是一種經(jīng)典電磁理論與量子理論的結(jié)合，這種結(jié)合的失敗再次證明經(jīng)典電磁理論對(duì)微觀環(huán)境下的情況束手無策。
1924年，法國的德布羅意通過愛因斯坦狹義相對(duì)論公式和普朗克黑體公式推論出，電子運(yùn)行中始終伴隨著一個(gè)內(nèi)在頻率，也就是波，德布羅意把這種波稱為“相波”，后人為了紀(jì)念他也稱其為“德布羅意波”。歷史似乎是一種輪回，一直以來關(guān)于光是一種波還是一種粒子科學(xué)家始終存在不同的看法，牛頓的《光學(xué)》將光看成一種粒子，經(jīng)典電磁理論將光看成一種波，而且光還只是所有輻射中的一種。到1897年湯姆遜發(fā)現(xiàn)原子中電子的存在，電子實(shí)實(shí)在在公認(rèn)是一種粒子，然而這種粒子居然擁有一種“波”。歷史似乎又退回到了爭論光是“粒子”還是“波”年代，而且現(xiàn)在不光是光和輻射，連電子和普通物質(zhì)也出了問題（因?yàn)樵訕?gòu)成萬物），究竟是粒子還是波？不過事情很快就有了新情況的出現(xiàn)，而且不是一個(gè)，而是兩個(gè)。也就是在這一年，玻爾邀請一名德國的天才青年訪問哥本哈根，這個(gè)青年叫海森堡。
海森堡生于德國巴伐利亞，從小就成績出眾，多才多藝。1922年玻爾赴德國哥廷根學(xué)術(shù)訪問時(shí)，海森堡給他留下了深刻印象。哥本哈根之行建立了玻爾與海森堡的友誼，而且使得這個(gè)年輕人站在了物理學(xué)研究的最前沿。1925年，回到德國的海森堡（當(dāng)時(shí)在哥廷根波恩實(shí)驗(yàn)室工作）從電子在原子中的運(yùn)動(dòng)出發(fā)，提出了矩陣設(shè)想。在數(shù)學(xué)中，矩陣是一個(gè)按照長方形陣列排列的復(fù)數(shù)或?qū)崝?shù)集合，是高等代數(shù)的常見工具。海森堡認(rèn)為物理應(yīng)該始終嚴(yán)格堅(jiān)持經(jīng)驗(yàn)主義，應(yīng)該避免過多和隨意的假設(shè)，而盡量只使用那些可觀測的值。他摒棄了玻爾理論中假設(shè)電子處在某條軌道，而直接使用可觀測的“能量差”，從而形成一張表格，這就是矩陣名稱的來源。隨后，波恩、約爾當(dāng)?shù)热送晟屏诉@種理論，建立起了一種新的量子力學(xué)——矩陣力學(xué)。通過推演，新力學(xué)很明顯是經(jīng)典力學(xué)的擴(kuò)展，在矩陣力學(xué)中，牛頓經(jīng)典力學(xué)是一種特殊情況下的表現(xiàn)形式。但是事情并沒有就此結(jié)束，同年奧地利科學(xué)家薛定諤在阿爾比斯山度假期間，從經(jīng)典力學(xué)出發(fā)，利用德布羅意波公式，也得出了自己的方程——著名的“薛定諤波動(dòng)方程”，薛定諤方程也證明古老的牛頓經(jīng)典力學(xué)是新生波動(dòng)方程的一種特殊表現(xiàn)形式。
至此，量子論通過兩種不同的途徑，得出兩種不同的方法。一個(gè)是從粒子運(yùn)動(dòng)的角度出發(fā)，強(qiáng)調(diào)光譜線和非連續(xù)性的矩陣力學(xué)。一個(gè)是從波動(dòng)的角度出發(fā)，強(qiáng)調(diào)電子作為波的連續(xù)性的波動(dòng)力學(xué)。而且經(jīng)過證明，兩種力學(xué)在數(shù)學(xué)上是完全等價(jià)的，它們可以互相推導(dǎo)出對(duì)方。但是雙方都認(rèn)為自己的方法才是唯一正確的。而且即使兩種體系從數(shù)學(xué)角度上可以統(tǒng)一，但其根源的意識(shí)形態(tài)卻格格不入，就矩陣力學(xué)來說它的本意是粒子性和不連續(xù)性，而波動(dòng)力學(xué)則是波動(dòng)性和連續(xù)性。那么物理規(guī)律到底應(yīng)該怎么解釋，是粒子？還是波？這個(gè)問題并沒有得到解決，而且很快又出現(xiàn)了更詭異的事。
波恩是哥廷根實(shí)驗(yàn)室的頭，非常欣賞海森堡的矩陣模式，正是他與海森堡和另一名科學(xué)家約爾當(dāng)一起奠定和完善了海森堡的矩陣設(shè)想，創(chuàng)立了矩陣力學(xué)。不同于海森堡的是，波恩對(duì)薛定諤方程態(tài)度溫和的多。1926年，通過對(duì)薛定諤方程的研究，波恩提出了一個(gè)令所有人都大吃一驚的看法——薛定諤方程中的波函數(shù)代表著粒子在某個(gè)位置出現(xiàn)的幾率。波恩認(rèn)為這個(gè)波函數(shù)代表著一種隨機(jī)或者說一種概率，而這種概率則像一個(gè)波。換句話說電子本身不是波，電子的出現(xiàn)的幾率才是波，而且這個(gè)波嚴(yán)格的按照薛定諤方程中那個(gè)波函數(shù)的分布展開。那么這是什么意思呢？按照波恩的邏輯，簡單來說就是電子的行為無法精確預(yù)測，只能預(yù)言電子出現(xiàn)的概率。再簡單說就是我們不能確定。那么這又代表什么呢？這代表對(duì)經(jīng)典物理學(xué)中決定論的顛覆。
決定論是什么？決定論也叫拉普拉斯信條，其內(nèi)容是認(rèn)為自然界和人類社會(huì)普遍存在著客觀的規(guī)律和因果聯(lián)系（因果律），決定論認(rèn)為世界是可以精確預(yù)測的。決定論認(rèn)為我們的宇宙從出生起就有一個(gè)確定的規(guī)律，有一個(gè)放之四海皆準(zhǔn)的原則，通過這個(gè)規(guī)律我們只要掌握足夠的信息，就可以精確的預(yù)測未來。我們現(xiàn)在無法了解，并不是因?yàn)槔碚撋喜恍?，而是因?yàn)槲覀兯赖男畔⑻俣?。好比我們能夠毫不含糊的預(yù)測一顆炮彈的軌跡和落點(diǎn)；我們能預(yù)測幾千年后的日食，可以精確到秒；我們能夠解釋宇宙是如何誕生的更能夠預(yù)測星系何時(shí)毀滅。即便是像賭博這種幾率游戲例如擲骰子，只要知道骰子的大小、質(zhì)地、質(zhì)量、初速度、摩擦系數(shù)、角度、空氣阻力等等所有需要的情報(bào)，再配合以合適的運(yùn)算方法，我們都可以精確的得出每次的結(jié)果。就像阿基米德所說：給我一個(gè)支點(diǎn)，我可以撬起地球。如果我們撬不起地球，不是因?yàn)槔碚撋喜豢尚?，只是因?yàn)槲覀儧]有這么一個(gè)支點(diǎn)。但是現(xiàn)在有人說，物理不能預(yù)測，決定論是錯(cuò)的，因果律不存在，這讓數(shù)百年來的物理學(xué)如何接受？
但是該來的還是會(huì)來。1986年，著名的流體力學(xué)權(quán)威詹姆斯萊特希爾爵士在皇家學(xué)會(huì)紀(jì)念牛頓《原理》發(fā)表300周年的集會(huì)上作出了一個(gè)轟動(dòng)一時(shí)的道歉，他說：“現(xiàn)在我們都深深的意識(shí)到，我們的前輩對(duì)牛頓力學(xué)的驚人成就是那樣崇拜，這使他們把它總結(jié)成一種可預(yù)言的系統(tǒng)。而且說實(shí)話，我們在1960年以前也大都傾向于相信這個(gè)說法，但現(xiàn)在我們知道這是錯(cuò)誤的。我們以前曾經(jīng)誤導(dǎo)了公眾，向他們宣傳說滿足牛頓運(yùn)動(dòng)定律的系統(tǒng)是決定論的，但是這在1960年后已被證明不是真的。我們都愿意在此向公眾表示道歉。”數(shù)百年來的決定論壽終正寢，物理學(xué)翻開了新的未知的一頁。但這是后話，我們的量子理論還在艱難跋涉。
矩陣力學(xué)中還有一個(gè)奇特的現(xiàn)象，動(dòng)量和位置這兩個(gè)物理量在公式中不遵守乘法交換律，也就是說電子的動(dòng)量×電子的位置≠電子的位置×電子的動(dòng)量，這是什么原因呢？很明顯的是這個(gè)式子代表先觀測電子的動(dòng)量再觀測電子的位置，與先觀測電子的位置再觀測電子的動(dòng)量，其結(jié)果是不一樣的，而這又說明什么呢？據(jù)說海森堡在公園散步時(shí)領(lǐng)悟到，很可能觀測動(dòng)量的行為影響到了位置的數(shù)值，反過來也是一樣。電子的動(dòng)量×電子的位置≠電子的位置×電子的動(dòng)量的意思是：在微觀條件下，我們要同時(shí)觀測一個(gè)粒子（比如電子）的動(dòng)量和位置是不可能的。1927年海森堡發(fā)表了他的這一原理：“不確定原理”（國內(nèi)一些著作刊物中翻譯做“測不準(zhǔn)原理”）。需要注意的是“不確定原理”并不是說我們的觀測手段或者設(shè)備太落后，只要我們有更精確的辦法就能解決，它說的是一種理論限制，同時(shí)測準(zhǔn)一個(gè)粒子的動(dòng)量和位置在原則上是不被允許的，不管科技多么發(fā)達(dá)都做不到（類似的還有永動(dòng)機(jī)）。如果需要直觀一點(diǎn)的解釋的話，有一個(gè)辦法，例如我們看到東西是因?yàn)楣獾姆瓷?，量子理論已?jīng)確定光是由光子組成的，換而言之就是光子撞擊我們需要看到的東西以后反射到我們的眼睛里，那么對(duì)于宏觀的物體，不管是航空母艦還是一粒芝麻，相比光子來說都是無窮大的，所以光子的撞擊力微不足道，但是在微觀環(huán)境下，對(duì)一個(gè)粒子（比如電子）來說光子是個(gè)與自身大小差不多的東西，那么產(chǎn)生的撞擊力會(huì)那么改變粒子的運(yùn)行狀態(tài)。（電子的質(zhì)量：9.10938215（45）×10千克；電子的半徑：0.090880914（40）費(fèi)米；光子的質(zhì)量：9.347543（38）×10 千克；光子的半徑：0.0031349374（29）費(fèi)米，括弧里是次方）
哥本哈根的玻爾看到海森堡的論文后，敏銳的意識(shí)到，不確定原則是建立在波和粒子的雙重基礎(chǔ)上的，它是粒子在波和粒子之間的一種搖擺或者轉(zhuǎn)換，波的屬性越多則粒子的屬性越少，反之亦然。最后海森堡接受了玻爾的觀點(diǎn)，給自己的論文加了一條附注，聲明不確定性原則同時(shí)建立在連續(xù)性和不連續(xù)性之上。玻爾據(jù)此領(lǐng)悟到不確定性原則說明，雖然波和粒子在同一時(shí)刻是互斥的，但它們卻在一個(gè)更高的層次上統(tǒng)一在一起，作為粒子的兩面性被納入一個(gè)整體概念，這個(gè)原理具有普遍意義，應(yīng)該是量子理論最核心的基石之一，這就是玻爾的“互補(bǔ)原理”。就這樣波與粒子之爭，在玻爾（互補(bǔ)原理）、海森堡（不確定原則）、波恩（波函數(shù)概率解釋）的三大原則下被統(tǒng)一在一起，這就是大名鼎鼎的“波粒二重性”?！安６匦浴笔俏⒂^粒子的基本屬性之一，不同條件下分別表現(xiàn)為波動(dòng)或者粒子的性質(zhì)，一切微觀粒子都具有這種屬性。互補(bǔ)原理、不確定原則、波函數(shù)概率解釋也成為量子理論的正統(tǒng)“哥本哈根解釋”的核心內(nèi)容。
它的內(nèi)容有下面幾點(diǎn)：一是不確定原理限制了我們對(duì)微觀事物認(rèn)識(shí)的極限，而這個(gè)極限是具有物理意義的一切。二是微觀事物中，觀測者對(duì)與被觀測者的擾動(dòng)是不可避免的，所以客體和主體必須被理解為一個(gè)不可分割的整體。沒有孤立存在于客觀世界的“事物”，純粹的客觀世界是沒有意義的，任何事物只有結(jié)合要給特定的觀測手段才談得上具體意義。被觀測者所表現(xiàn)出的形態(tài)，很大程度上取決于我們的觀察方法。對(duì)于同一個(gè)對(duì)象來說，其表現(xiàn)形態(tài)可能是互斥的，但都必須被同時(shí)用于這個(gè)對(duì)象的描述中。三是因?yàn)橛^測本身給對(duì)象帶來的各種原則上不可預(yù)測的擾動(dòng)，所以量子世界的本質(zhì)是“隨機(jī)性”，不存在傳統(tǒng)觀念中那種嚴(yán)格的因果關(guān)系，而必須以一種統(tǒng)計(jì)性的解釋取而代之。具體來說以一個(gè)電子為例，觀測一個(gè)電子之前，電子處在一種所有位置和狀態(tài)的可能性都存在的疊加狀態(tài)，這種狀態(tài)可以以波函數(shù)來表示，而當(dāng)我們觀測電子時(shí)，電子的波函數(shù)瞬間“坍縮”，電子按照波函數(shù)的概率分布隨機(jī)做出一個(gè)選擇。再簡單來說就是，電子在我們觀測之前不存在，我們觀測它就出現(xiàn)，同時(shí)我們只能通過統(tǒng)計(jì)得出它的趨勢，而無法精確的知道每個(gè)電子的位置、速度、質(zhì)量等信息。需要注意的是，這種理論并不是說電子實(shí)際上是同時(shí)具有準(zhǔn)確的位置和動(dòng)量的，只不過我們出于某種限制無法知道，這種看法是錯(cuò)誤的，一個(gè)具有準(zhǔn)確位置和動(dòng)量的電子沒有任何辦法可以觀測到，這完全臆想是出來的，完全探測不到和根本不存在之間沒有區(qū)別，所以事實(shí)上這樣的電子不存在，在量子領(lǐng)域不存在“客觀”和“實(shí)際上”，柏拉圖式的真理不存在。不存在一個(gè)客觀的絕對(duì)的世界，唯一存在的是我們能夠觀測到的世界，物理學(xué)的全部意義不在于它能夠揭示什么，而是它能夠明確，關(guān)于自然我們能說什么，不存在脫離觀測的絕對(duì)自然。
這就是關(guān)于量子論的“正統(tǒng)理論”。它的理論是如此奇特，難以想象，完全違背我們理性本身，但它的確能夠解釋量子世界一切不可思議的現(xiàn)象。這種解釋是以玻爾為首的波恩、海森堡、約爾當(dāng)?shù)纫淮笕嚎茖W(xué)家作出的，由于他們大多都曾在哥本哈根工作過，所以也被稱為“哥本哈根解釋”。盡管量子論的誕生已經(jīng)過了一個(gè)世紀(jì)，其輝煌鼎盛與繁榮也過了半個(gè)世紀(jì)。量子理論曾經(jīng)引起的困惑至今仍困惑著人們。玻爾的名言：“誰要是第一次聽到量子理論時(shí)沒有感到困惑，那他一定沒聽懂。”愛因斯坦雖然對(duì)量子論的發(fā)展做出過貢獻(xiàn)，但他致死都不能同意哥本哈根解釋，他也有句名言：“上帝不擲骰子”。
說到量子理論的奇特就不能不提一個(gè)著名的思想實(shí)驗(yàn)-“薛定諤的貓”。1935年針對(duì)哥本哈根解釋，薛定諤設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)：假設(shè)一個(gè)放射性原子，它何時(shí)衰變是完全概率性的，只要沒有觀測它就處于衰變和不衰變的疊加狀態(tài)，只有觀測它才會(huì)隨機(jī)選擇一種狀態(tài)，或者衰變或者不衰變。那么把這個(gè)原子放入一個(gè)不透明的箱子，讓它保持疊加狀態(tài)。然后想象一種精巧的裝置，只要原子衰變就會(huì)激發(fā)反應(yīng)，打破箱子里一個(gè)毒氣瓶，而同時(shí)箱子里還有一只貓。這樣如果原子衰變，毒氣瓶打破，貓被毒死。如果原子沒有衰變，毒氣瓶完好，貓也會(huì)活著。那么在這個(gè)基礎(chǔ)上推論：當(dāng)箱子沒有打開，我們什么都看不到，也就是不能觀測這個(gè)原子時(shí)，這個(gè)原子是處于衰變和不衰變的混合疊加狀態(tài)。那么問題是在這種情況下，這只貓?zhí)幱谑裁礌顟B(tài)？似乎唯一的可能是，它和原子一樣處于混合疊加狀態(tài)，也就是處于死與活的混合疊加狀態(tài)，換句話說這只貓既是死的也是活的。
這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是將微觀領(lǐng)域的量子現(xiàn)象投射到宏觀世界中來，畢竟又死又活的貓我們誰都沒見過，而且完全違背了我們的邏輯思維。而觀測讓貓活著或者死去，使得量子理論聽起來又有強(qiáng)烈的主觀唯心論的味道。薛定諤巧妙地把微觀放射源和宏觀的貓聯(lián)系起來，其實(shí)是旨在否定宏觀世界存在量子疊加態(tài)。因?yàn)楦绫竟忉屩械牟ê瘮?shù)基于“觀測”的瞬間坍縮這一問題，物理學(xué)中沒有一個(gè)公式能夠描述這種坍縮，盡管這與我們觀測到的結(jié)果相符合。不過隨著量子力學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家已先后通過各種方案獲得了宏觀量子疊加態(tài)。此前，科學(xué)家最多使4個(gè)離子或5個(gè)光子達(dá)到“薛定諤貓”態(tài)。如何使更多粒子構(gòu)成的系統(tǒng)達(dá)到這種狀態(tài)并保存更長時(shí)間，已成為實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的一大挑戰(zhàn)。但另一方面，截至目前，物理學(xué)對(duì)這個(gè)坍縮還只是知其然不知其所以然，為了避免物理學(xué)墜入形而上的深淵，很多科學(xué)家持有的態(tài)度是，管用就行，至于原因，不理會(huì)。
量子物理學(xué)演變到現(xiàn)在已經(jīng)有了多種理論及多種不可思議的推導(dǎo)。埃弗萊特的多世界理論認(rèn)為不存在坍縮，薛定諤的貓不存在又死又活，而是波函數(shù)的所有可能都發(fā)生了，所謂的坍縮只是世界發(fā)生了分裂，每一種可能出現(xiàn)在不同宇宙中。例如薛定諤的貓?jiān)谝粋€(gè)世界是死的，在另一個(gè)世界是活的。這種理論說，我們的宇宙存在很多個(gè)不同的空間，空間之間不能相互影響，還有人提出疑問，放入貓會(huì)又死又活，那放入一個(gè)人呢？答案是不會(huì)，因?yàn)槿耸怯^察者會(huì)使得波函數(shù)坍縮，形成一個(gè)具體的結(jié)果。那么問題是貓為什么不行？而人為什么能使波函數(shù)坍縮？貓與人的區(qū)別又是什么？難道答案是人有意識(shí)嗎？維格納就認(rèn)為意識(shí)在觸動(dòng)波函數(shù)中擔(dān)當(dāng)了重要角色。那么是意識(shí)觸動(dòng)了物理反應(yīng)？這個(gè)結(jié)論任誰都會(huì)瞠目結(jié)舌吧?；堇仗岢隽艘粋€(gè)令人吃驚的構(gòu)想——“延遲實(shí)驗(yàn)”，這個(gè)實(shí)驗(yàn)理論上可以形成等結(jié)果發(fā)生以后再?zèng)Q定過程，就好比可以等你回到家以后再?zèng)Q定你是走路回家還是坐車回家。而且這個(gè)構(gòu)想已經(jīng)經(jīng)過了實(shí)驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)然是在微觀領(lǐng)域上，不過大家不要忘了世間萬物可都是微觀粒子構(gòu)成的。而以上這些理論和說法還都只是簡單的闡述，這些內(nèi)容經(jīng)過推演可以得出更驚人但又都符合量子基本理論。目前基于量子理論的最新和最熱的理論是“超弦理論”。
量子論就像個(gè)神話，但仍然是二十世紀(jì)最偉大的理論，量子理論對(duì)你我的影響之深遠(yuǎn)怎么形容都不為過，從收音機(jī)、電視機(jī)、電腦、互聯(lián)網(wǎng)、激光、電子顯微鏡、原子鐘到核磁共振的醫(yī)學(xué)圖像顯示裝置，都關(guān)鍵地依靠了量子力學(xué)的原理和效應(yīng)。對(duì)半導(dǎo)體的研究導(dǎo)致了二極管和三極管的發(fā)明，最后為現(xiàn)代的電子工業(yè)鋪平了道路。在核武器的發(fā)明過程中，量子力學(xué)的概念也起了一個(gè)關(guān)鍵的作用?？梢哉f沒有量子理論，就沒有你我現(xiàn)在的生活，盡管我們對(duì)它還不是非常理解。
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