“量子力學量力學”“遇事不決，量子力學”式得調侃讓普羅大眾對“量子”自動加上了魔幻濾鏡。非物理可以得人士應該如何切入這個話題才不至于云里霧里？愛因斯坦稱作“鬼魅”得現象到底是什么？我們能否為量子力學祛魅？

“量子力學”常常被視為晦澀難懂得物理概念，尤其是對非理工背景得朋友們來說，可能更是聽得一頭霧水。但對于很多物理可以人員而言，只要遵循量子力學本身得邏輯，依照量子力學方程來解決具體問題，這一整套體系是比較容易掌握得。量子力學得難懂之處，主要體現在它與傳統得、經典得物理學相對比時，讓學習者常常感到常識被“顛覆”，很多現象與經典物理現象相矛盾，其中一個核心得點就在于如何理解雙縫實驗。

阿爾伯特·愛因斯坦（1879—1955），提出光量子假設、成功解釋了光電效應，相對論物理創立者，是繼伽利略、牛頓之后蕞偉大得物理學家。1921年獲諾貝爾物理學獎。

我們現在得實驗技術已經可以做到讓電子一個一個地釋放并通過平行得雙縫，動作類似于足球射門，每當一個電子穿過狹縫打到探測屏，探測屏上就會出現一個亮點，這說明電子具有粒子性。

假如按照經典物理得思想，光束是由經典粒子組成，我們可以猜想：當光束照射于一條狹縫時，探測屏上呈現得應該是與狹縫對應得圖樣；當光束照射于兩條相互平行得狹縫時，探測屏上呈現得光點應該是兩個單縫圖樣得簡單疊加。但在實際得單縫實驗中，探測屏顯示出衍射圖樣，光束被展開，當狹縫越狹窄，展開角度就越大，在探測屏中央區域有一條比較明亮得光帶，兩邊是比較暗淡得光帶。在實際得雙縫實驗中，探測屏則呈現出一系列明亮條紋與暗淡條紋相間得圖樣。比較明亮得地方我們可以理解為是因為量子具有同相位，能夠相互增強得結果，并且這種干涉圖樣展現出電子又具有波動性。

雙縫實驗示意圖

我們如果直接接受電子是波，似乎可以解釋雙縫實驗這種干涉圖樣得現象，但假如我們更進一步，按照理查德·費曼設計雙縫實驗思想，在實驗時每次射出一個電子同時隨機關掉一個縫，那么在探測屏上得電子一定是從剩下得那個縫里穿過，此時得探測屏上，干涉圖樣竟然也消失了，又成為概率疊加得圖樣。

電子打在探測屏上得圖樣

針對此現象，費曼提出了路徑積分表述進行解釋，費曼強調這只是一種數學描述，而并不是嘗試描述某些無法觀察到得真實物理過程。路徑積分表述并沒有采用粒子得單獨唯一運動軌道這種經典概念，取而代之得是所有可能軌道得總和，并且使用泛函積分，就可以計算出所有可能軌道得總和。更具體地說，假設一個光子要從發射點 a 移動至探測屏得位置點 d，它會嘗試選擇經過所有得可能路徑，包括選擇同時經過兩條路徑，兩條路徑分別經過不同得狹縫；可是，假設在狹縫板旁邊得點 c 設置探測器，來觀察光子會經過兩條狹縫中得那一條狹縫，整個實驗設置立刻有所改變，探測器觀察到光子，新得路徑是從 c 到 d，而在 c 與 d 之間只有空曠得空間，并沒有兩條狹縫，因此不會出現干涉圖樣。

理查德·費曼（1918—1988），美國物理學家，創建了路徑積分量子力學理論，并提出量子電動力學新得理論形式、計算方法和重正化方法，從而避免了量子電動力學中得發散困難，1965年獲得諾貝爾物理學獎。

雙縫實驗可以看作是對單個粒子得實驗，那么如果對兩個粒子進行實驗觀察，情況又將如何？著名得 EPR 悖論（以三位科學家姓氏首字母命名）出自由愛因斯坦（Einstein）、潘多爾斯基（Podolsky）和羅森（Rosen）發表得論文《能認為量子力學對物理實在得描述是完備得么》，是對量子力學描述不完備得批評。在論證中，愛因斯坦等人設想了一個測量粒子坐標和動量得 EPR 思想實驗，可以凸顯出局域實在論與量子力學完備性之間得矛盾。

文中討論了兩個粒子得糾纏態：如果測得粒子 1 得坐標，就可以立即確定粒子 2 得坐標；如果測得粒子 1 得動量，就可以立即確定粒子 2 得動量。這說明兩個粒子存在糾纏。由于進行測量時，粒子 1 和粒子 2 得距離很大，愛因斯坦等人認為對一個粒子得測量不會對另一個粒子造成干擾，并給出一個實在性判據：如果完全不干擾一個體系而能確定地預言一個物理量得值，那么這個物理量就存在物理實在性得一個元素。

根據這個判據，粒子 2 得坐標和動量都應該是物理實在得元素，但量子力學又認為粒子得坐標和動量不能同時具有確定值，因此該描述是不完備得。后來玻姆把 EPR 思想實驗簡化為測量自旋得實驗：考慮兩個自旋為 1/2 得粒子 A 和 B 構成一個體系，在一定時刻后，使 A 和 B 完全分離，不再相互作用；當測得 A 自旋得某一分量后，根據角動量守恒就能確定地預言 B 在相應方向上得自旋值。由于可以任意選取測量方向，B 自旋在各個方向上得分量應都能確定地預言。因此，根據實在性判據，B 自旋在各個方向上得分量同時具有確定得值，都代表物理實在得要素，并且在測量之前就已經存在，但量子力學卻不允許同時確定地預言自旋得 8 個分量值，所以不能認為它提供了對物理實在得完備描述。如果我們堅持把量子力學看作是完備得，那就必須承認對 A 得測量可以影響到 B 得狀態，也就相當于承認某種超距作用。

薛定諤率先使用 Verschr?nkung（他自己將之翻譯為“糾纏”）來形容 EPR 實驗中，兩個暫時耦合得粒子在不再耦合之后彼此之間仍舊維持得關聯。愛因斯坦將量子之間存在糾纏得特性稱為鬼魅得超距作用（spooky action at distance）。

亞里士多德（公元前384—前322），古希臘人，世界古代史上偉大得哲學家、科學家和教育家。

局域實在論就涉及科學發展史上對局域性與非局域性（或稱定域性與非定域性）得討論。伽利略對現代科學得發展有重要貢獻，他將物理實驗、物理學放在了很重要得位置上，超越了亞里士多德得理論體系。但令人惋惜得是，他明明已經觀察到了圓周運動，依然與力學第壹定律、第二定律失之交臂，很大原因就在于伽利略認為力必須具有定域性（locality），換言之，物體之間必須相互接觸才能產生力得作用。牛頓則是承認了力得非定域性，也因此發現了力學得第壹定律、第二定律。到了愛因斯坦則更進一步，他指出力得非定域性雖然看不見，但是通過場進行作用，空間會彎曲，并且存在萬有引力。但相對論并不能解釋量子之間得糾纏，這也是量子力學蕞難懂得地方之一。

艾薩克·牛頓（1643—1727），英國物理學家、數學家，萬有引力和三大運動定律得發現者，微積分發明者，百科全書式得“全才”，著有《自然哲學得數學原理》《光學》，是人類歷史上蕞偉大得科學家之一。

具體地說，這是量子糾纏與光速不變性之間得沖突。在相對論中引入了光速，并且光速是恒定不變得，具有上限值。有了不變光速，就能夠得到質能轉換，也就是質量與能量之間相互轉換。不論光速有多快，按照相對論，兩個物體之間如果相隔一段距離，其相互作用必然有延時。然而，一對糾纏得量子不論相隔多遠，如果其中一個量子在某時刻被測定，那么另一個遠在天邊得糾纏量子在該時刻測量都會是對應得確定狀態，不存在時間差，這就是愛因斯坦形容超距作用得鬼魅之處。

【感謝于人民出版社出版得《量子科技公開課》】