之前幾篇試圖澄清量子力學(xué)幾個(gè)誤區(qū)的文章在《科普時(shí)報(bào)》發(fā)表之后，有網(wǎng)友在我的博客下面留言詢問，能否從頭談一下，究竟什么是量子？能否用更淺顯、更簡(jiǎn)潔的文字科普一下什么疊加態(tài)、量子糾纏等？
從網(wǎng)友的留言中不難看出，雖然量子力學(xué)創(chuàng)立至今100多年了，是20世紀(jì)以來與相對(duì)論并列的最大的科學(xué)成就。量子力學(xué)改變了人類的生活方式，比如近來的熱詞——“芯片”的科學(xué)基礎(chǔ)就是量子力學(xué)，可其最基本的概念卻幾乎不為普羅大眾所知，絕大多數(shù)人對(duì)于物理的認(rèn)識(shí)，依然停留在牛頓的經(jīng)典力學(xué)上。
我最初對(duì)量子力學(xué)感興趣，并開始關(guān)注進(jìn)而研習(xí)，是在看經(jīng)典科幻小說《銀河系漫游指南》時(shí)，那艘宇宙飛船“黃金之心”利用量子力學(xué)中的量子糾纏，可以瞬間到達(dá)宇宙任何地方，“因?yàn)樗锩娴囊慌_(tái)驅(qū)動(dòng)器，可以使得構(gòu)成飛船的原子能夠與宇宙任何一個(gè)角落的原子互相糾纏，并通過控制概率，把發(fā)生的概率調(diào)到99.99，進(jìn)而使得飛船能夠航行到任意一個(gè)遙遠(yuǎn)地方?！?/P>
由此漸漸地了解到，牛頓的經(jīng)典力學(xué)世界觀只能解釋宏觀經(jīng)典世界，卻無法解釋微觀世界——量子力學(xué)由此而生（注：量子力學(xué)的來龍去脈，向大家推薦曹天元的《上帝擲骰子嗎：量子物理史話》，此文篇幅有限，就不詳談了）。
下面介紹一下量子力學(xué)中幾個(gè)最基本的概念：
首先，讓我們來看究竟什么是量子。
量子是能量的最小單位，最初被稱為能量子，所有的能量一定是這個(gè)最小單位的整數(shù)倍。這和經(jīng)典力學(xué)中的能量不一樣，在經(jīng)典力學(xué)中，能量是連續(xù)的。而微觀量子世界中，能量是不連續(xù)的?，F(xiàn)在所有和量子力學(xué)有關(guān)的東西都可能被叫做量子，如原子、原子核和電子等所有微觀世界中的粒子都是量子的，基本粒子沒有大小、沒有體積，而微觀世界就是建筑在量子基礎(chǔ)上的，它們的規(guī)律是牛頓經(jīng)典力學(xué)所無法解釋的。
其次，所有微觀量子世界中的粒子，都具有波粒二象性。
在量子世界中，首先“顛覆”牛頓經(jīng)典力學(xué)的，是打破了“波”和“?！苯缦薜牟６笮裕╳ave-particle duality），即微觀粒子同時(shí)顯示出的波動(dòng)性與粒子性。
人們之所以在宏觀經(jīng)典世界（日常生活）中觀察不到物體的波動(dòng)性，是因?yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量太“大”了。
而在量子世界中，基本粒子的質(zhì)量和尺寸，微小到我們所習(xí)慣的日常生活經(jīng)驗(yàn)之外，以至于剛開始連世界頂級(jí)的物理學(xué)家，甚至包括愛因斯坦，都完全不能理解一些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，比如著名的光學(xué)實(shí)驗(yàn)——雙縫實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過了長(zhǎng)達(dá)一個(gè)世紀(jì)，才弄清楚波粒二象性是微觀粒子的基本屬性之一，并直接衍生出微觀粒子總是處于“既是此、又是彼”的疊加態(tài)。
關(guān)于量子疊加態(tài)（superposition state）
在經(jīng)典力學(xué)中，最重要的特點(diǎn)是確定性，而量子力學(xué)中最重要的特點(diǎn)是不確定性。比如一個(gè)原子，如果不被測(cè)量的話，它的中心電子核的能量有多大不能確定，而電子的位置在哪里、速度有多大也不確定，而一旦被測(cè)量了之后，才能被確定下來。
著名的“薛定諤的貓”就是試圖用日常宏觀經(jīng)典世界中的案例來形容微觀量子世界中的量子疊加態(tài)。這那個(gè)著名的思想實(shí)驗(yàn)里，由于量子的隨機(jī)性質(zhì)，在觀察那個(gè)盒子內(nèi)部之前，那貓就處于生存與死亡的疊加態(tài)。
讓我試著再用一個(gè)更淺顯的實(shí)景來比喻吧：假設(shè)在量子世界中有個(gè)酒吧，在這個(gè)量子酒吧里，假設(shè)每個(gè)粒子就是一個(gè)人。有一天你進(jìn)去了。我問你，你在酒吧里哪兒？你答復(fù)，不知道；再問你，何時(shí)走？你回答，不知道?？赡阋晦D(zhuǎn)眼就離開了量子酒吧。在這個(gè)量子酒吧里，作為一個(gè)粒子，你處于疊加態(tài)之中，真無法確定你具體在哪兒，何時(shí)離開，除非被觀察到……
上述的形容，肯定違背絕大多數(shù)人在日常宏觀世界里所能得到的常識(shí)。但是，這卻是量子世界中的客觀現(xiàn)實(shí)。
在量子力學(xué)中的不確定性原理（uncertainty principle，也可翻譯為“測(cè)不準(zhǔn)原理”）：粒子的位置與動(dòng)量不可[FS:PAGE]同時(shí)被確定，位置的不確定性越小，則動(dòng)量的不確定性越大，反之亦然。
因此，表面上來看，微觀世界和我們所處的宏觀世界是不一樣的，宏觀世界是確定的，而量子態(tài)的世界是概率的（上帝擲骰子）、不確定的，這是量子世界的物理法則，跟我們的宏觀世界一樣，都是真實(shí)的存在。而為何在日常生活中觀察不到物體的波動(dòng)性、疊加態(tài)那些量子世界的現(xiàn)象呢，是因?yàn)槿魏稳庋劭梢姷奈矬w的質(zhì)量都太大了，它的不確定性已經(jīng)小到完全可以忽略不計(jì)了。
總之，在“顛覆”牛頓經(jīng)典力學(xué)的量子力學(xué)中，微觀粒子具有波粒二像性，即組成宏觀世界中物質(zhì)的基本粒子，既可以是波，又可以是粒子。被觀測(cè)時(shí)是粒子，不被觀測(cè)時(shí)便是波。因此，科學(xué)家稱量子世界是“上帝擲骰子”的、概率的、不確定性的世界。
下文將接著詳談微觀量子世界中另一個(gè)重要的特性：量子糾纏。
（作者系加拿大某國(guó)際財(cái)團(tuán)風(fēng)險(xiǎn)管理資深顧問，科幻作家）