什么是“量子世界”？“迷你曼哈頓計劃”又將帶來什么？

現(xiàn)在個巨頭已經(jīng)上演了量子爭奪戰(zhàn)，據(jù)悉谷歌和微軟都即將發(fā)布自己在量子計算領(lǐng)域的重大突破。愛因斯坦的光量子理論、普朗克的量子假說，無不是在證明量子世界的存在，但是量子世界到底是什么，我們都在進(jìn)一步的研究。

什么是“量子世界”？

對于絕大部分吃瓜群眾來說，所見的物質(zhì)世界已經(jīng)超越了人腦的負(fù)荷。但總有那么一小撮太過卓越的人類，在人類無法用感官感知的，普通人連概念都無法認(rèn)知，難以想象的復(fù)雜領(lǐng)域游刃有余。

量子世界，就是這樣一個領(lǐng)域。

量子一詞最早來自拉丁語quantus，意為“有多少”，代表“相當(dāng)數(shù)量的某物質(zhì)”，用在物理學(xué)概念上則最早由德國物理學(xué)家M·普朗克在1900年提出。自提出以來，經(jīng)愛因斯坦、玻爾、德布羅意、海森伯、薛定諤、狄拉克、玻恩等人的完善，20世紀(jì)前半期初步建立了完整的量子力學(xué)理論體系。

愛因斯坦是第一個意識到普朗克關(guān)于量子的發(fā)現(xiàn)將要改寫整個物理學(xué)的物理學(xué)家。為了證明他的觀點，1905年，他提出光的行為有時像粒子，稱這些粒子為“光量子”，現(xiàn)在這個詞被稱為光子，這個假說導(dǎo)致了光同時具有粒子和波的特性。

玻爾剛開始一直是光量子假說的最堅定反對者之一，直到1925年才接受這個觀點。此后，量子力學(xué)革命在愛因斯坦和玻爾的研究方向上展開。

德布羅意的人生閱歷頗為豐富，年少時是文藝青年，酷愛文學(xué)和歷史，并在1910年獲巴黎索邦大學(xué)文學(xué)學(xué)士學(xué)位。然而，原本成為一名歷史學(xué)家的計劃，卻在一次關(guān)于光、輻射、量子性質(zhì)等問題的討論后改變，這場討論激起了他對物理學(xué)的強(qiáng)烈興趣。其后，他在量子力學(xué)上的成績得到了愛因斯坦的肯定，其將光的波粒二象性觀念進(jìn)行了擴(kuò)充，包括運動粒子。

1925年，海森伯提出矩陣力學(xué)，徹底廢除了牛頓力學(xué)中的經(jīng)典元素。1926年，玻恩提出量子力學(xué)應(yīng)該被理解為沒有任何因果聯(lián)系的概率。1927年底，海森伯和玻恩在索爾維會議中宣布由愛因斯坦和玻爾掀起的量子力學(xué)革命結(jié)束。至此，量子力學(xué)正式成為一門學(xué)科。

薛定諤的主要貢獻(xiàn)是在德布羅意物質(zhì)波理論的基礎(chǔ)上建立了波動力學(xué)，其中最為人所知的是“薛定諤的貓”思想實驗，試圖證明量子力學(xué)在宏觀條件下的不完備性。然而，這個薛定諤本想要挫敗量子力學(xué)的實驗，卻成為教授量子論的經(jīng)典比喻，進(jìn)而還延伸出平行宇宙等物理問題和哲學(xué)爭議。

與薛定諤同時期，因為發(fā)現(xiàn)在原子理論里很有用的新形式，即量子力學(xué)的基本方程，狄拉克以“狄拉克方程”與薛定諤共享了1933年的諾貝爾物理學(xué)獎。

1927年布魯塞爾第五屆索爾維物理會議與會者合影

前排左起：朗繆爾，普朗克，居里夫人，洛倫茲， 愛因斯坦， 郎之萬， 古耶， 威爾孫， 里查森

中排左起：德拜， 努森， 小布拉格， 克拉默斯， 狄拉克， 康普頓， 德布羅意， 玻恩， 玻爾

后排左起：皮卡德， 昂里奧， 埃倫費斯特， 赫爾岑， 德敦得爾， 薛定諤， 維沙菲爾特， 泡利

普朗克的量子假說、愛因斯坦的光量子理論、玻爾的原子理論、德布羅意物質(zhì)波概念、海森伯矩陣力學(xué)、薛定諤和狄拉克量子力學(xué)基本方程……

通過這些創(chuàng)始者的努力，最終究竟證明了什么？

量子力學(xué)并沒有支持自由意志，只是于微觀世界物質(zhì)具有概率波等存在不確定性，不過其依然具有穩(wěn)定的客觀規(guī)律，不以人的意志為轉(zhuǎn)移，否認(rèn)宿命論。

首先，在微觀尺度上，隨機(jī)性和通常意義下的宏觀尺度之間仍然有著難以逾越的距離;其次，這種隨機(jī)性是否不可約簡難以證明，事物是由各自獨立演化所組合的多樣性整體，偶然性與必然性存在辯證關(guān)系。