在今日看來，已經(jīng)沒有人再會去對量子力學(xué)產(chǎn)生懷疑了。

但是，在量子力學(xué)誕生的年代里，它卻如鬼魅般折磨著科學(xué)家們，甚至曾經(jīng)提出它的科學(xué)家們都曾極力地去否決它。

不確定性原理

在普朗克提出量子說、愛因斯坦提出波粒二象性之后，科學(xué)家們就在嘗試如何去解釋波粒二象性及其測量問題。

但是，隨著人們對微觀粒子的行為進行研究時，一些奇特的現(xiàn)象就出現(xiàn)了。

1927年，德國科學(xué)家海森堡在其論文中如此設(shè)想：

用一個γ射線顯微鏡來觀察一個電子的坐標(biāo)，因為γ射線顯微鏡的分辨本領(lǐng)受到波長λ的限制，所用光的波長λ越短，顯微鏡的分辨率越高，從而測定電子坐標(biāo)不確定的程度就越小，所以

△q∝λ

但另一方面，光照射到電子，可以看成是光量子和電子的碰撞，波長λ越短，光量子的動量就越大，所以有

△p∝1/λ

再比如，用將光照到一個粒子上的方式來測量一個粒子的位置和速度，一部分光波被此粒子散射開來，由此指明其位置。

但人們不可能將粒子的位置確定到比光的兩個波峰之間的距離更小的程度，所以為了精確測定粒子的位置，必須用短波長的光。

但普朗克的量子假設(shè)，人們不能用任意小量的光：人們至少要用一個光量子。這量子會擾動粒子，并以一種不能預(yù)見的方式改變粒子的速度。

所以，簡單來說，就是如果要想測定一個量子的精確位置的話，那么就需要用波長盡量短的波，這樣的話，對這個量子的擾動也會越大，對它的速度測量也會越不精確；

如果想要精確測量一個量子的速度，那就要用波長較長的波，那就不能精確測定它的位置。

于是，經(jīng)過一番推理計算，海森堡得出：

△q△p≥?/2（?=h/2π, h:普朗克常量）

海森堡寫道：“在位置被測定的一瞬，即當(dāng)光子正被電子偏轉(zhuǎn)時，電子的動量發(fā)生一個不連續(xù)的變化，因此，在確知電子位置的瞬間，關(guān)于它的動量我們就只能知道相應(yīng)于其不連續(xù)變化的大小的程度。于是，位置測定得越準(zhǔn)確，動量的測定就越不準(zhǔn)確，反之亦然?！?/p>

這個理論曾經(jīng)被稱為“測不準(zhǔn)原理”。但是，如此稱謂卻給人們一種錯覺，因為里面明顯存在一種“觀察者效應(yīng)”在里面干擾微觀粒子的行為。

那么如果觀察者不去觀察粒子，粒子的行為是不是就不會不確定了呢？

后來科學(xué)家厄爾·肯納德也在同年得出海森堡類似的結(jié)果，而且他通過數(shù)學(xué)證明，微觀粒子的不確定性行為與觀察者的行為并沒有關(guān)系。

因為根據(jù)方程式人們可以清晰地看見，此時的微觀粒子的運動其實除了具有粒子性也具有波動性，而就像所有波的系統(tǒng)一樣，波的運動軌跡是無法確定的。

所以，微觀粒子運動的不確定性是粒子固有的，并不與觀察者效應(yīng)有關(guān)。也正是出于這種目的考慮，現(xiàn)在人們在表述這一特性時，已經(jīng)不再使用“測不準(zhǔn)原理”，而改用“不確定性原理”這一稱謂。

玻爾的互補性原理學(xué)說

就在海森堡提出不確定性原理的同年，玻爾提出了量子互補性原理。對于海森堡的微觀粒子的位置和動量二者不可同時測量的特性。

玻爾如此解釋到，在經(jīng)典宏觀世界里，人們可以用同一種設(shè)備去不斷測試物體的性質(zhì)，而測試所帶來的差異對實驗結(jié)果的影響微乎其微，所以并不會影響人們?nèi)カ@得物體的完整的屬性。

但是，當(dāng)?shù)搅宋⒂^世界，任何測試手段都將作用或部分作用于微觀粒子，而這種測試行為卻將引起微觀粒子的屬性發(fā)生根本改變，所以無法用一種測試方法來獲得微觀粒子的所有信息。

因此不能用同一個實驗去測量物體所有的性質(zhì)，不同的實驗也就可能得出互相矛盾的結(jié)果，這些結(jié)果無法放到一個統(tǒng)一的物理圖景中，只有用互補原理這個更寬廣的思維框架將這些互相矛盾的性質(zhì)結(jié)合起來，才能去盡量更完整地描述微觀現(xiàn)象。

當(dāng)時玻爾為什么會如此構(gòu)思，其實是有其背景環(huán)境的：

3年前德布羅意提出物質(zhì)波，2年前玻爾的學(xué)生海森堡從對應(yīng)原理提出矩陣力學(xué)，而1年前年薛定諤從波動性導(dǎo)出波動力學(xué)，后來證明這兩種力學(xué)在數(shù)學(xué)上是等價的。

這些結(jié)果表明，不論從粒子性還是從波動性進行理論分析都會得到相同的結(jié)果。

于是，在此基礎(chǔ)上，玻爾提出：光和粒子都有波粒二象性，而波動性與粒子性又不會在同一次測量中出現(xiàn)，那么，二者在描述微觀粒子時就是互斥的；另一方面，二者不同時出現(xiàn)就說明二者不會在實驗中直接沖突。同時二者在描述微觀現(xiàn)象，解釋實驗時又是缺一不可的。因此二者是“互補的”。

哥本哈根學(xué)派誕生

在盧森堡提出不確定性原理，玻爾提出互補原理之后，以丹麥哥本哈根為代表的學(xué)術(shù)團體正式形成。在他們的理論發(fā)展過程中，概率特性伴隨著微觀粒子的始終。當(dāng)年人們由馬克斯·玻恩所提出的波函數(shù)的概率表述發(fā)展出不確定性原理，量子理論中的概率特性便不再是猜想，而是作為一條定律而存在了。

既然，微觀粒子存在概率行為，自然玻爾等對量子行為的解釋就不再滿足于去尋找“經(jīng)典”的解釋方案。

在薛定諤提出波動力學(xué)之后，玻爾等人嘗試用概率幅的概念去解釋量子行為。雖然薛定諤本人對此明確表示反對，但是，量子力學(xué)中的“鬼魅”卻產(chǎn)生了。

在哥本哈根學(xué)派的理論中，粒子本身的狀態(tài)就有概率性，而在概率性的背后有著它背后的“波函數(shù)”。

當(dāng)波函數(shù)坍縮，粒子出現(xiàn)與否就見分曉，而在波函數(shù)坍縮之前，粒子的狀態(tài)是“混沌”的。也就是說，粒子介于“出現(xiàn)”和“不出現(xiàn)”之間！

顯然，這種現(xiàn)象是違反經(jīng)典世界觀的，因為我們從未看到有種東西可以處于“既生又死”的狀態(tài)。于是，愛因斯坦對此進行反駁，他認(rèn)為波爾等的思想是極其荒謬的。他堅持“上帝是不會擲骰子的”。波爾的學(xué)說是違反邏輯的。

支持愛因斯坦的薛定諤為此提出了一種“既死又活的貓”的思想假說，以試圖證明波爾等人的錯誤。

他指出，將一只貓關(guān)在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器里。鐳的衰變存在幾率，如果鐳發(fā)生衰變，會觸發(fā)機關(guān)打碎裝有氰化物的瓶子，貓就會死；如果鐳不發(fā)生衰變，貓就存活。根據(jù)量子力學(xué)理論，由于放射性的鐳處于衰變和沒有衰變兩種狀態(tài)的疊加，貓就理應(yīng)處于死貓和活貓的疊加狀態(tài)。這只既死又活的貓就是所謂的“薛定諤貓”。但是是不可能存在既死又活的貓，則必須在打開箱子后才知道結(jié)果。

但是萬萬沒想到，薛定諤的貓非但沒有將波爾等人的駁倒，卻在宣揚哥本哈根學(xué)派解釋下的量子力學(xué)學(xué)說起到推波助瀾的效果。

既然，科學(xué)界對量子力學(xué)有如此大的分歧，那自然調(diào)和這種分歧就需要碰撞。

于是，物理學(xué)史上著名的量子力學(xué)大辯論就此拉開序幕。雙方辯論的主力分別是波爾和愛因斯坦。篇幅所限，具體內(nèi)容就不再細(xì)述。但是其爭辯的結(jié)局卻是，誰也說服不了誰！

愛因斯坦在論戰(zhàn)中一直試圖去證明哥本哈根學(xué)派的錯誤，但是所有努力卻都被波爾等化解。

在當(dāng)時，鑒于愛因斯坦在科學(xué)界的權(quán)威，以及波爾等人的學(xué)說的“非經(jīng)典性”。人們對此都持遲疑狀態(tài)。

但是，根本哈根學(xué)派對量子力學(xué)的解釋卻因此進入大眾的視角。

隨著愛因斯坦的去世，人們似乎再也無法組織像樣的對量子力學(xué)的攻擊。

于是，量子力學(xué)慢慢在科學(xué)界贏得更多支持。

1996年，美國科學(xué)家宣布，他們成功讓6個鈹離子系統(tǒng)實現(xiàn)了自旋方向完全相反的宏觀量子疊加態(tài)，也就是量子力學(xué)理論中的“薛定諤貓”態(tài)。

Monroe等人用單個鈹離子做成了“薛定諤的貓”并拍下了快照，發(fā)現(xiàn)鈹離子在第一個空間位置上處于自旋向上的狀態(tài)，而同時又在第二個空間位置上處于自旋向下的狀態(tài)，而這兩個狀態(tài)相距80納米之遙?。?納米等于1毫微米）——這在原子尺度上是一個巨大的距離。

想像這個鈹離子是個通靈大師，他在紐約與喜馬拉雅同時現(xiàn)身，一個他正從摩天樓頂往下跳傘；而另一個他則正爬上雪山之巔！——量子的這種“化身博士”特點，物理學(xué)上稱“ 量子相干性”。

1997年，在一場量子力學(xué)研討會上，舉行了一個關(guān)于詮釋論題的意向調(diào)查，根據(jù)這調(diào)查的結(jié)果，超過半數(shù)的物理學(xué)家對哥本哈根詮釋感到滿意。