不死不活的猫
说起量子理论不得不说一个实验，薛定谔的猫。
在1935年有位叫薛定谔的奥地利物理学家提出了一个思想实验，大意是他把一只可怜的小猫关到一个封闭的笼子里，笼子里有足够的食物，所以小猫不会被饿死，但是笼子里同时也有一瓶毒气，一旦毒气被放出来，小猫是必死无疑的。而这个毒气瓶子会不会被打开被另一个受放射性元素是否衰变控制的装置控制。因为人类不知道放射性元素到底什么时候会衰变，只知道任何时刻衰变的概率是50%，所以在打开笼子看之前不可能知道毒气瓶子是不是会被打开，也就不可能知道猫是死是活。而在笼子被打开之前的时候，用量子理论来描述猫的状态，并不是要么是死的要么是活的的二选一的结果，而是‘死’和‘活’的叠加，也是‘没死’和‘没活’的叠加态，或者更接近一点猫的状态是：50%的概率死+50%的概率没死。
这个实验，至少这个实验得出的结论，正常人会觉得很荒谬！确实，一个无法（或不允许）被观察的对象的状态当然不可能有人知道，或者说，他的状态不是不确定，而是确定了但因为没有观察而不可知。这是正常人类的思维方式，没有错！
但薛老先生的目的是试图用常规常见的东西来描述量子理论中的概念，也只是一个思想试验，并没有真的让人同意猫的死活就是量子理论所描述的现象。
如果薛老先生的思想实验只是个比喻，那么下面的实验就有点来真的了。
光的干涉条纹
中学物理课上大家就学过光栅干涉，简单来说是在一个挡板上挖两个竖条的洞，用一束光照射这个挡板，挡板后面放一个屏幕用来显示光的影子。没有学过物理的人可能会以为屏幕上会出现两条竖着的光斑，因为光线分别从两个洞里穿过，照射到了屏幕上。但学过物理的同学都知道因为光的波动性，所以通过两个洞的光波会相互干涉，而成另一个光波，所以屏幕上会是一个有很多竖条纹的波状投影。如下图
我们已知的理论已经可以很好地解释这一现象了，因为光束是一种波，通过两个小孔后就有两个新的波，这两个波相互干涉就形了一个新的波，也就是屏幕上看到的波形条纹。但又人搞事情了。
有人把光束换成了一个个独立的电子，让它们一个个地飞向挡板，然后到达屏幕(可以接受并监测到电子的设备），结果当有足够的电子一个个到达屏幕后，屏幕上也出现了这种干涉条纹。这就让人费解了。当用光束的时候，因为光子的量很大，同一时刻两个洞里都有光束穿过，这时产生干涉很正常，但只用一个个电子的时候，任一时刻，两个洞中应该只有一个洞里有电子飞过，何来干涉？如果有干涉，只有一个电子，它跟谁干涉？总不能它自己跟自己干涉吧？如果它可以跟自己干涉，那么就是它同时穿过了两个洞……
电子确实同时穿过了两个洞，确实跟自己产生了干涉！
量子化的电子
这个说法真的很不可理解，但就目前人类所观测到的数据来说，没有哪个实验能证明这个说法是错的！科学其实有时候就是这样，不是我们一下子就明白了真理，而是通过观察实验先有人提出某些假设，随着实验技术的发展，也随着我们可以得到的数据越来越多，能被证伪的理论将被淘汰，而没被证伪的理论就先当作是对的。所以从这个角度上讲我们只能说目前的量子理论是目前我们认为最有可能正确的理论。当然，随着科学的发展，它肯定还是会被修正，但目前，我们认为它是正确的。它不仅仅可以完美地解释所有已经知道的现象，也能解释很多之前不能解释的现象，不能说它是绝对正确的，但至少它是迈向真理的一步。
下面说最重要的理论。
- 电子之所以能和自己干涉，是因为哪怕是单个的电子，也不只是像我们以为的那样只是一个小颗粒，它不光有颗粒的特性，同时也有波的特性（想象一下一小块石头在水面上激起的水波），这就是我们说的波粒二相性。它即是粒子也是波。而它是波的这个特性导致了它可以干涉，就像一整束光因为波的特性可以产生干涉条纹一样。
- 而更重要的一点是，它的位置是不确定的。这和薛老先生的猫就有点类似了。目前的理论认为电子并不是以固定的轨道在运行，我们也没办法预计一个电子在接下来一秒会跑到哪里去。所能得到的是一个电子存在在某个地方的概率，就像我们不能明确地知道猫是死的还是活的，但可以知道，它有50%的概率是死的也有50%的概率是活的。所以如果你给一个电子指定一个位置，科学家们不知道它在下一秒会在哪里，但是可以知道下一秒它存在在任何一个地方的概率是多大。这是一个很难以理解的说法，就连科学家们自己开始也是那么的不敢相信！
- 电子可能存在的地方是无限的，所以理论上任何一个电子都有可能在下一秒出现在宇宙的任何一个角落。这又是一个吓人的说法！但是不用怕，科学家们通过周密的计算发现这种可能性绝对是有的，也就是概率不是0，但是，概率和跑出去的距离及时间是相关的，简单来说就是你身上的某一个电子在下一秒跑出银河系的概率比0大，但在短时间内跑出去的概率很小很小，小得可以忽略，但是如果经过很长很长的时间，这个电子出现在银河系之外的概率就会增大。举例来说，如果把电子看做是个像灰尘那么大的颗粒，你把一个电子握在手心，那么经过差不多上万亿年之后，基本上那个电子在你手里的概率就很小了，你不松开手它也已经跑到了外面（假如你能活那么久，地球也能活那么久），因为那时候它在外面的概率比在你手心里的概率要大了。这也就是为什么电子可以随时跑出去，或者说有跑出去的概率，但是我们看起来所有原子周围的电子也还是一直在那附近。听起来像是胡扯，因为根本没办法验证！但是科学家们真的有严肃的实验证明这些理论。我们只能相信。
- 观察本身会影响电子的状态。任何形式的观测都会电子来说是一种干涉，都会使得它失去上面说的这些特性，而只表现成一个固定的粒子，它的位置也就可以被确定。
头疼了吧？简化一下：
- 量子化的粒子，像电子和光子之类，不光是粒子，也同时有波的特性。
- 在观测之前它们没有特定的位置，只能知道它们在某一个位置的概率。
- 它们随时出现在宇宙中任何地方的概率都大于0，只是想要让它出现在遥远的地方的概率足够大需要很长的时间。
回到干涉条纹上来，屏幕是我们的观测设备，在电子到达屏幕之前也就是在我们观测之前我们不能知道每个电子在哪里，也不能知道它们在以什么样的轨迹运动，能知道的只是它会出现在每一个地方的概率。任何一个电子在两个孔中的任何一个里面出现的概率都大于0，当然前提是我们不去观察，如果我们在小孔上就直接放两个屏幕，那结果肯定是每个电子都只会出现在一个屏幕上而不是两个。而因为它本身就是个波，所以实际上是对于每一个电子两个孔里都有一个出现概率大于0的波，它们两个形成了干涉。虽然在最后的屏幕上每一个电子只会被观测到一次，但它的位置却会因为前面的干涉而改变，电子多了以后最后形成干涉条纹形状的分布。
上面说的同时存在的两个概率，并不是说这个电子真的同时存在于两个地方，因为如果我们说“存在”，其实是说它是100%在某个地方，但实际上在观察之前，我们说的两个地方的概率都大于0但小于100%。更进一步说，他们可能存在的位置不光是两个，而是无数个，而这无数个的概率加起来应该是100%，但每一个都小于100%。而最后的干涉条纹是这所有的概率相互作用之后的结果。也就是说多个”存在的概率“会相互影响，但电子还是只有一个，只不过在观察之前这个电子不是一个确定位置的电子，而是由无限多个”存在概率“组成。
下面还有更头疼的！
心灵感应
上面说的是一个电子的情况，而我们的宇宙中有数不清的电子和其他各种粒子。
但是，任何两个电子之间没有区别。也就是说我们没办法说我们手里有两个电子，一个在A点一个在B点，过了一会，A点的跑到了C点，B点的跑到了D点。因为后来在C点和D点出现的两个电子我们没办法区别哪个是刚才在A点的哪个又是在B点的。这个理论也很重要！因为有两个电子一个在A点一个在B点这是一种状态，而过一会一个在C点一个在D点也是一种状态，但是当你说特定的某个在C点而某个在D点这本身不是一种状态，因为我们根本不可能区分这两个电子。把这个说法推广一下。我们有一大群电子，过了一会虽然他们的位置可能都变了，但我们还只能说我们有一大群电子，而不能明确哪个跑到了哪里。这么啰嗦是为了引出一个很重要的理论！一群电子加在一起表示了一种状态，但却不能区分每个电子都是怎么运动的。也就是说宇宙中所有的电子加在一起是一种状态，过一会它们的整体又是一个新的状态，但我们却不能知道每个电子跑到了哪个新的位置上。
这能说明一个更神奇的事情！
任何一个时刻，所有的电子加起来一起是一种状态，而且它们知道它们当前的这种状态，所以任何一个电子发生了改变，整体上的这种状态也就变了，其他的所有的电子就会“知道”状态发生了变化，不管它们离发生变化的那个电子有多远！也就是说他们“感知”到对方不需要时间！
人类正努力寻找办法可以利用这种神奇的发现，但还有很远很远的路要走！
现实世界
有人可能会疑惑，如果真的是这样，为什么我们的世界在我们看来却是另一个样子，我们没觉得和宇宙的另一端的什么联系，也没觉得有什么物质的运动是不可以预料的，连遥远的宇宙中的星星我们都已经了解到了运动轨迹并可以预测，更没有什么东西会同时存在于多个地方。
原因有很多，简单来说有下面几个：
- 虽然量子化的粒子在不同的地方都有存在的概率，但是各处的概率并不是一样的，它在我们以为的地方出现的概率要比很远以外的地方出现的概率大很多很多。这导致从我们观察的角度，它其实还是在一个很小很小的范围内，所以看上去也就没有到处跑。
- 我们的感知其实是由我们的观察组成的，但观察本身会影响量子行为，使被观察的东西的状态变得确定，所以我们感觉不到不确定的那部分。这听起来是骗人的话，不观察就不能了解，但观察了就影响了本来的状态，所以没人可以知道在不观察的时候是什么样子的，也就没人可以否认这种说法，太坏了！但是科学家们确实从现有的方法里面多次证明了这种理论的正确性，却还没发现可以证明其不正确的证据。
当然，量子理论也不是万能的，哪怕用我们目前认为最正确的理论也还是有很多不能解释的地方，这些存在的疑问并不能证明我们的理论是错的，只是还没有找到更合适的理论来解释它们。科学家们会一点点揭示出更多的真相，但需要时间，也许是无限的时间，但我们也还是有机会逐渐明白更多关于我们生活在其中的宇宙是怎么运转的。
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