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量子力學描述原子、光子、電子等微小物體的行為（還有它們不同尋常的行為）。電子的尺寸雖小，卻很重要。電子是化學鍵的黏合劑，量子物理幫我們理解這些化學鍵如何讓金屬、塑料、皮膚以及各種其他材料聚攏成型。電子還是計算機芯片的命脈，工程師運用量子物理來設計更快、更小巧的器件。量子物理無論用到哪兒，都是準確無誤的。

量子力學最讓人驚嘆的倒不是它既準確又好用，而是它肆無忌憚地碾壓我們的常識。量子物理挑戰(zhàn)著我們對現(xiàn)實本身的基本理解。不過要說起來，量子物理的出場真夠平淡無奇的，不過是因為當時人們想解釋一些枯燥的量化數(shù)據(jù)。

舉例來說，氫氣能發(fā)射四種顏色的可見光：紫、藍、水綠、紅。物理學家仔細測量了這四種顏色的光的波長，它們分別是：410納米、434納米、486納米、656納米。出現(xiàn)這四個特定數(shù)字必然是有原因的。但到底是什么原因呢？這讓物理學家抓耳撓腮。到了1885年，有一位物理學家提出了一個方程，這個方程能滿足所有這四個波長，但是對于這個方程沒有解釋。它單純是一個經(jīng)驗的方程式，并沒有理論的支撐。

直到1913年，尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）提出了能解釋這四個波長的理論。他聲稱，氫原子里的電子受到一定能量的束縛。電子無法平順地得到或失去能量，它們只能從一個能量級“量子躍遷”（quantum leaps）到另一個能量級。每當電子從一個能量級跌落到更低的一個能量級，它就會以光的形式釋放能量。單次量子躍遷所發(fā)射的光被稱作一個光子。每個光子都有特定的波長，它是光可量化的最小單位。推而廣之，我們把某個事物可量化的最小單位稱作量子。

這些新出現(xiàn)的量子概念，還能用于解釋另外兩個神秘現(xiàn)象。馬克斯·普朗克（Max Planck）用它解釋了熱物體所發(fā)出的光的波長，阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）用它解釋了光子如何撞落金屬表面的電子。然而，隨著量子物理學積累了越來越多的成功案例并日漸成熟，它開始暗示現(xiàn)實的基礎本質(zhì)蘊藏著深層奧秘。

埃爾溫·薛定諤（Erwin Schrödinger）提出了量子力學的基本方程，隨后于1926年發(fā)表，這個基本方程處理了概率問題：一個電子有多大可能出現(xiàn)在這個地方或那個地方。我們對概率并不陌生；扔硬幣的結(jié)果也能用概率表示。不過一旦硬幣落地，哪面朝上就是一個客觀事實了，無論有沒有人看到。有別于這種我們對客觀事實的常規(guī)理解，初來乍到的量子理論開始暗示：未被觀察的粒子本質(zhì)上不可知或不確定。面臨這一難題，薛定諤也免不了抱怨起該方程的弦外之音，即便這方程還是他自己提出來的。

量子糾纏 作者簡介

作者簡介：

杰德·布羅迪（Jed Brody），埃默里大學物理學高級講師，教授關(guān)于量子糾纏的跨學科課程。另外，還從事科幻小說的寫作。

譯者簡介：

慕尼黑工業(yè)大學碩士，瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學光電子物理博士，多篇文章發(fā)表于Nature、Physics等國際核心刊物。曾在德國馬克斯普朗克量子光學研究所，現(xiàn)在西湖大學從事研究工作。