百家争鸣 子木：浅谈量子物理
量子物理学发展至今已有近一个世纪，自二十世纪以来，关于光本质的争论就一直没有停息。...
量子物理学发展至今已有近一个世纪，自二十世纪以来，关于光本质的争论就一直没有停息。一方面是以双缝干涉试验、泊松亮斑为代表的波动说，一方面是以光电效应为代表的粒子说。物理史上光的波粒之争一直存在，虽都有胜负，但并没有哪一方能够彻底说服另一方。虽然后来关于光的波粒二象性得到了统一，作为现代人的我们理解起来可能稍显容易，但对于二十世纪初的那些刚从经典物理学理论过渡过来的物理学家们来说，简直是不可思议的，其难度毫不弱于让我们去推演物理学界公认的第一公式——麦克斯韦方程组。
前辈们关于对真理的追求和渴望是值得我们学习和尊敬的，你无法想象在初中或是课本上就可以见到的一句普通的解释“光是一种波，也是一种粒子，光具有波粒二象性”是那些天才的物理学家们经过多少年的不懈的努力和执着的探索得出的，这其中远有被导师告知“物理体系已经构建的很完善了，没必要在上面浪费时间”后仍然继续研究黑体和物质问题六年而一无所知的普朗克，近有为发现上帝粒子而进行电子碰撞了四十多年才发现的整个欧洲核子研究组织。所以：“如果说我看得比别人更远些，那是因为我站在巨人的肩膀上”。
至今为止，多数学者已经认同尼尔斯·波尔对于量子的观点：量子是不确定性的。那么，这个观点带给我们严重世界怎样的颠覆呢？世间万物都是有量子构成的，所有万物都是不确定性的，万物都是一种波，一种能量。
听起来是不是有点耸人听闻？然而事实确实这样。根据爱因斯坦质能方程：E=mc2可知，质量和能量是成正比的。这个公式的正确性已毋庸置疑。根据方程可知，质量越大，具有的能量就越大。同样，具有的能量越大，就可以转换成更大的质量，质量和能量是可以转换的。在美国摩根费里曼主讲的大型科技连续纪录片《Throughthe wormhole》中提到，一个质量大约十一千克的物体，就可以演变成我们当前的宇宙，前提是要把这个物体加热到十的几十次方摄氏度。而且诺贝尔奖获得者、英国物理学家希格斯提出了希格斯机制。对于希格斯机制的描述是这样：在此机制中，希格斯场引起自发对称性破缺，并将质量赋予规范传播子和费米子。希格斯粒子是希格斯场的场量子化激发，它通过自相互作用而获得质量。根据标准模型理论，宇宙空间中的各处都充满了希格斯粒子（希格斯场）。希格斯粒子被认为是生成基本粒子的“质量”之源。质量应该是反映“物质运动状态变化的难易程度”（即“改变物质运动状态的难易程度”,惯性）的物理量。而且在2013年3月份，物理学家通过位于日内瓦边境的大型强子对撞机发现并证实了希格斯玻色子的存在，它的质量大约是质子质量126倍，符合标准模型的预测。而标准模型在粒子物理学中居主导地位，其描述了强、弱与电磁力三种基本力的粒子理论。在标准模型中，希格斯玻色子与希格斯场存在关联，根据标准模型预测，希格斯场存在于宇宙空间中，一种基本粒子都会对应着与之相适应的量子场，而希格斯玻色子对应的量子场就是希格斯场。
对于电子是一个波这种在如今看起来并不是特别难以理解的事，在当时的年代是匪夷所思的，人们无人想象真是存在的东西是一个波！而对于他的提出者，我们都非常熟知的，路易斯·维克托·皮雷·雷蒙·德布罗意王子。对于其他一些物理学家而言，德布罗意算是他们之中的贵族，他的宗族历史悠久，祖先中曾出了许许多多的将领、元帅、部长等，可谓风光。然而让德布罗意名流千古的并不是靠他那显赫的身世，而是他对于物理学界的贡献。他一直在思考一个问题，就是如何能够在波尔的原子模型里面自然的引进一个周期的概念，已复核观测到的现实。根据爱因斯坦著名的方程，电子质量m，则有E=mc2，而基本的量子方程，E=hv，则对应这个能量，电子一定会有一个频率。频率计算很简单，v=mc2/h。频率是某种振动的周期，借助相对论运算发现，当电子以速度v0前进时，必定伴随着一个速度为c2/v0的波，这就是大名鼎鼎的德布罗意波！德布罗意把这种波成为“相波”，而后人为了纪念他，也称其为“德布罗意波”，波长λ=h/mv0。而德布罗意就是凭借他在最后东拼西凑出来不足两页纸的内容的关于波的博士论文，就获得了诺贝尔奖！真是难以想象。放在如今，估计只能呵呵了。所以那个时代求真的学术氛围，对于真理的渴望，还是非常值得向往和憧憬的。德波罗依波的发现，对以后物理学界的发展起到了非常促进的作用，对光的波动说的推动作用更是不言而喻。这种说法在刚出现时虽然难以让人们接受，但再后来越来越多的试验与数据中，得以证实，慢慢被人们所认知。而德布罗意波的发现，也为后面一个关于波的函数奠定了基础，没错，这就是众所周知的薛定谔波函数方程。
薛定谔曾几次在战争中服役，这在一定程度上阻碍了他在学术方面的研究，真正说起来，他应该属于“三苏”中苏洵那样，属于大器晚成。虽然他在光学、电磁学、分子运动理论、固体和晶体的动力学方面都做出过贡献，但这些并不足以使他流芳百世。后来薛定谔开始对量子力学和统计理论感兴趣电热时候，才真正迸发出潜力。结合建立在相对论基础上的德布罗意方程及经典力学的哈密顿-雅克比方程，利用变分法和德布罗意公式，最终薛定谔求出了一个非相对论的波动方程，用希腊字母ψ表示波的函数，最终形式是这样的：Δψ+[8*Π2m/h2](E-V)ψ=0.这就是名震整部二十世纪而物理史的薛定谔方程。ψ是一个空间分布函数，当它和电子的电荷相乘，就代表了电荷在空间中的实际分布。
电子在空间中的分布是随机的，是一种概率性的时间，它并没有确定的位置，不能够准确预测它下一次出现在什么地方，我们可以说，它出现在这个地方的概率有百分之五十左右，但我们不能说他肯定就会出现在这个地方。这才是对波函数最好的解释，对，就是骰子。就像一粒光子穿过双缝一样，它可以选择在左边穿过，也可以选择在右边穿过，它是随机的，是不可能预测。关于这个地方，物理学界还存在争议。有学派提出多宇宙理论，拿刚才的双缝干涉试验来说，它的大概原理是这样：当一粒光在穿过双缝时，他并不是随机的，我们可以观测到的事他随机的穿过了一个缝，但其实它在穿过这个缝的同时，也穿过了另外一条缝，不过他是在另外一个和我们同时存在的另外一个宇宙，只不过我们永远不会触碰到那一个，不过这个学说听起来太匪夷所思，代价太大了，因为每一次粒子的运动都是随机的，在一瞬间，就要演变出好多宇宙，把所有可能出现的地方都会出现，那么想想，自古至今，要产生了多少个宇宙啊！至于平行宇宙存不存在，这个并不能证明。但根据退相干理论，世界只有一个的，但历史是有多个的。简单来说：某一个事件产生的结果又好多种，这些结果是相干的，即出现这一种情况，就不会出现那一种情况。但当结果发生时，其他的结果就不会发生了，也就是退相干了，我们只关注已经发生的结果，而没有精力去关注其他没有发生的结果。关于这个解释的情况，美国某大学教授认为是未来的结果对现在产生了影响，解释如下：拿薛定谔的猫来说，在我们没有打开箱子之前，这只可怜的猫是属于“又死又活”的状态，究竟是怎么样的情况，我们无从知晓。但当我们打开箱子的那一刹那，猫是死的，或者是活的，都是一个未来的结果，只能二选一。但不管是哪种情况，这个将来的结果都对现在猫的状态产生了影响，即将来的是活的，那么现在肯定是活的，死之相反。这样将来就对现在产生了影响。想想好像也有那么一些道理。不过话题还是转回来吧，薛定谔的波函数描述的是电子的波动状态函数，但电子的位置是不确定的，所以在我们没有进行观测的时候，这个电子就是一个波，无处不在，只有当我们观测它的时候，它突然就定在了某一个地方，这就是波函数坍缩。回到宏观世界，我们可以这样说，当我们没有观测月亮的时候，月亮是不存在的，它是一个波，可以出现在任何可能的地方，当我们回头看它的时候，它就出现了，就在那个地方。量子理论说，对，就是这种情况。
由量子物理学理论发展起来的量子计算机也是当今发展的一个热门，目前也取得了阶段性的成果。如果量子计算机一旦研制成功，那么它的计算能力将会成十的n次方倍增长。比如你搜索某一个东西，当你还没有敲下键盘是，计算机已经把所有的结果给你罗列出来，当你敲击确定的时候，所有其他结果一瞬间坍缩，你想要的结果就出现在你面前。
（图片源于网络）
[2]《希格斯场——百度百科》
http://baike.baidu.com/link?url=nIzyVmsmwp2ltGqp85pEqyZde7aRUkLFtXpsbuEOS0zxNT7DrwFVPL9cUK5lPwJt8g89akpk1GBLuIbRwEbPwq
[3]《希格斯皮色子——百度百科》
http://baike.baidu.com/link?url=Gg40OaesR4bjoKmWePGMkSOrrYS4m9b0qKZErSX_9PZ7zYcEZHeJLBKxNGf4nCGaP8RRb1O9FtHzLEdHkiX-oH58Apr8bcVzUT2xdHmLa23kvcaaKivk_4qZfxYYwGzp6UrlzxDXQ0gaqfXQ3Uq2zPNnN1GeS2mR_CJzvAlvvQD_9ph0TG5GSZ4zoq7yzObr
[4]摩根费里曼主讲系列,Throughthe wormhole
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