造就Talk演讲嘉宾：陆朝阳

• 中国科技大学上海研究院教授

• 博士生导师

量子物理的奠基人尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）曾说过，如果谁不对量子物理感到困惑，他就肯定没有理解它。

所以，如果大家今天听完我的报告觉得非常清楚明白，一点都不困惑，那肯定是错的；如果大家听完觉得很困惑，或者说引发思考，那就对了。

进入量子世界

量子物理是我们目前最前沿的一门科学，它之所以非常难以理解是因为，我们非常熟悉于日常生活中所见的尺度，比如一张桌子1米，一根头发丝1毫米。

但量子物理研究的对象比头发丝的尺度还要小几千万，甚至几亿倍。所以，它与我们普通的直觉非常不一样。

量子其实是一种物理上的概念，它是物质和能量的最小离散单元，是一个非常小的物理量。比如会场上有四个探照灯照过来，我们看到了光，我们把光进行分割，可以分成一份一份的小颗粒，这就叫做光子。

光子非常小，一个40的瓦灯泡一秒钟就能放出万亿亿个光子，也就是10的20次方个光子。同时，组成物质的基本单位是一个原子或者一个分子，它的尺度是10的负10次方米，比纳米还要小十倍。

所以我们就非常好奇，就是说光子当然很小，但是它会有什么奇怪的地方吗？下面，我们就用一个非常简单的实验带大家看一看，这么小的一个量子世界里会有哪些诡异现象。

保龄球现象

我们很多人都打过保龄球，现在我们就做一个非常小的改动，在球道上设置几个障碍物，按通常理解，保龄球只有通过这两道狭缝才能穿过去。我们打了很多次之后发现，后壁上留下的保龄球撞击痕迹，就只有这两个狭缝所对准的两个区域才会出现。

现在，我们把这个保龄球缩小，一直缩小到比头发丝还要小几亿倍，变成一个电子，然后我们来重复刚才说的这么一个游戏。同样重复多次之后，我们发现了一个非常奇异的现象。

比如说原来后壁上只有两道条纹，可现在却出现很多道，而且最中间被阻隔的这个地方居然变成电子保龄球出现次数最多的地方，这非常难以理解。

从经典物理学的角度看，这个球要么是从左边狭缝过去，要么就是从右边过去。可如果我们用量子力学的观点来理解的话，在这么一个非常微小的量子世界里，这个电子保龄球的行为就有点像孙悟空的分身术。

在这个球被扔过去之后，它就像是会分身一样，同时经过两条狭缝，然后它又像水波纹一样，在最中间形成一个干涉条纹，这就是量子世界和我们日常所见非常重要的一个区别，那就是量子可以允许几种状态同时存在。就是允许左边和右边，红线和蓝线同时存在。

很多人可能就会好奇，如果我们拿眼睛来观察一下，看看这个保龄球到底是从左边还是右边过去的，会是什么情况？

这个时候就会出现又一个非常奇怪的现象，那就是保龄球同时通过左边和右边的现象就消失了，它就又回到了符合经典物理学的状况。所以说这是第二个非常重要的区别，就是在量子世界里，我们施加的信息和观测是会反过来影响物理系统的。

讲完这么一个小游戏，大家肯定觉得非常奇怪。其实不仅大家觉得，国际上大部分的物理学家也这么认为。

“薛定谔的滚”

这里面比如说薛定谔，他提出著名的“薛定谔的猫”实验。实验是这样的：在一个盒子里有一只猫，以及少量放射性物质。之后，有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫，同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。