作者：Zohar Maliniak，海法大学 哲学系 （以色列，海法）

▲图1 - 光电效应

▲当蓝光（波浪状黑色箭头）照射在像铜这样的导电金属上时，将带负电的电子（红色球）从原子核中释放出来，远离带正电的铜原子原子核（绿色球）。在适当的条件下，这些电子会离开金属并产生电流。这种效应之所以可能发生，是因为光由能量极小的没有质量的小能量包组成，称为光子。其他颜色光的光子，如红光，所含的光子能量不足以将电子释放出来。

光电效应的一个大问题在于，当时光被认为是一种波动（就像海浪一样）。根据光的波动原理，如果不断投射更多的红光波，最终应该使波足够大以释放电子并产生电流。那么为什么红光不会发生这种情况，但即使是非常微弱的蓝光却会发生呢？爱因斯坦在1905年找到了答案。爱因斯坦建议我们不应将光视为波动，而应将其视为能量的“小包”，但完全没有质量。蓝光的能量比红光的能量要大得多，这就是为什么它们会引起光电效应的原因。可以将其想象成能量的微小台球——如果一颗球以足够强度击中电子，电子可能会从金属中被释放。这个奇怪的想法成功地解释了光电效应，这些微小的光“小包”，被命名为光子(photons)，这是光的希腊语名字。这一惊人的新理念并非一切的终结，实际上，这只是一个开始。在接下来的几年里，我们发现了大量新奇的、不可思议的现象。这是一个全新的世界，其中运行着全新的规律！牛顿那个有序、可预测的世界，就像一个由许多小部件组成的巨大机器的世界，现已被一个充满惊喜的、未知的新大陆所取代！物理学家并没有抛弃牛顿定律；这些定律仍然能够解释和预测许多现象，比如月球围绕地球的运动，或者一块石头落到地面上。然而，在微观的世界，一个广阔而全新的大陆已经被发现。

▲图2 - 氢原子中电子的量子跃迁。

▲原子核由绿点表示。两个电子（橙色点）一直在核周围的轨道上运动，这些轨道称为 n = 1 、n=2和 n = 3。在 n = 2的电子吸收了一束光子，并获得了能量进行量子跃迁——转眼之间到 n = 3，这个轨道离核更远。在 n = 3 的电子发射了一个光子，并下降到一个离核更近的轨道。在任何时候，这两个电子都没有出现在轨道以外的任何地方，这一现象科学家仍然没有办法解释！

如何使电子从一个轨道跃迁到另一个轨道？直到今天，没有人能够给出一个好的答案。这是量子理论的一个重大谜团之一：电子在从一个轨道跃迁到另一个轨道时会发生什么？它在一个轨道中“死亡”，然后在另一个轨道中“重生”吗？它移动得如此之快，以至于我们的设备无法跟踪它吗？也许你可以想出一个创造性的办法来解决这个谜团。

▲图3 - 在薛定谔的思想实验中，一个封闭的盒子内装有一只猫，一瓶毒药和一个在实验过程中有50%的机会衰变的放射性原子。

▲如果这个原子衰变，毒药瓶将会破裂，猫会死亡。如果这个原子不衰变，猫就会存活下来。根据量子理论的数学理论，猫在同一时间会同时处于活着和死亡的状态，直到有人打开盒子查看——在那一刻，其中一个状态将变为现实。

这怎么可能呢？当盒子关闭时，没有人在看它的时候，猫的状态是什么？猫是活着还是死了？我们是不是仅仅通过观察就导致了其中一种状态？目前，量子理论仍然没有提供令人满意的解释。

德国物理学家维纳·海森堡提出了另一个引人注目的量子现象，这就是著名的海森堡不确定性原理。海森堡指出存在特殊的量子状态，例如，如果我们知道电子的确切速度，我们就不知道它的位置。根据这个原理，相反的情况也是如此——如果我们确切地知道一个电子在哪里，我们就无法知道它的速度！但是，如果我们大致知道电子的速度，我们就可以大致知道它的位置。

总的来说，在量子世界中进行测量是奇怪的，完全不同于人们用经典物理学思考测量的方式。在旧的“大陆”上，我们可以拍摄一块落下的石头，拍照的过程不会对石头产生丝毫影响——它会继续下落，好像什么都没有发生过一样。但在这个新大陆上不是这样的！拍摄电子时，拍摄的过程会显著影响电子的位置或速度！物理学家仍然无法解释这个神奇的效应。测量总是会改变被测量的东西吗？如果是这样，那么在我们测量之前电子是什么？也许它是完全不同的东西，只有我们测量了它才使其“成为”电子。

在量子理论的背景下，物理学家喜欢问一个奇怪的问题：如果一棵树在森林里倒下而没有人听到，它究竟有没有发出声音呢？对这个问题的答案看起来可能很显而易见，但是把它放到量子世界思考时，答案却并不那么明显——这是另一个版本的猫在盒子里的问题：在我们打开盒子之前，猫的状态是什么？

读到这里，你已经粗略尝到了量子的味道，现在我要问你一个问题：这个陌生的新大陆意味着什么？看起来我们没有办法知道在我们不观察时量子系统中正在发生什么。我们只能计算事情可能发生的概率（比如在我们打开盒子时猫活着的概率与死亡的概率）。

我在30多年前上大学学习物理学时，我的一位教授曾说过类似的话：量子理论就像一个厨师用微波炉做饭一样——他知道如何使用它，但不知道它是如何工作的。

一些物理学家相信量子实验的所有可能结果同时发生，只不过在不同、独立的宇宙中。根据这个概念，我们身处其中一个宇宙之中，只能意识到我们所处的宇宙，但在所有其他可能的宇宙中，也存在着我们的复制品！例如，在薛定谔的思想实验中，如果我发现猫是活着的，那么还有另一个宇宙——一个我毫无关联且一无所知的宇宙中，我看到猫是死的。

还有一些人认为，是人类的大脑创造出所有的量子怪异现象。这一观点的支持者认为，在没有人类的世界里，量子的奇特现象不会存在。还记得我之前问过的问题吗：如果树在森林里倒下，而没有人在附近听到，它会发出声音吗？持这种观点的人会回答“不”，因为他们相信人类是物理宇宙的中心。阿尔伯特·爱因斯坦不喜欢这个想法，曾经问他的朋友：“你真的相信当你不看着月亮的时候它不存在吗？”

其他人，包括我在内，认为如果量子世界描述的是一种万物都相互连接的现实——而不是我们通常感知到的分离和分隔的——那么量子现象突然就变得自然和符合逻辑。根据这种观点，存在一种新型的波，遍布整个空间，瞬间连接了它的所有部分和粒子。例如，这种波瞬间连接了两个纠缠粒子，以及其他更大的“粒子”，如月球和地球。薛定谔的实验中，猫会有一种存在于两个叠加态的波，即活着和死亡，但猫本身一直处于其中一种状态，每种状态的概率都是50%。它最终状态的确定将取决于它的初始状态，而这个初始状态我们并不确定。

你会选择哪种观点呢？