科学家费曼：没有人真正理解量子力学！他为何这样说？

如果有人打算列出世界上最顶尖的五位量子物理学家，理查德·菲利普斯·费曼（Richard Phillips Feynman）绝对称得上是其中之一。

他所提出的费曼图、费曼规则、路径积分法，将图形化的语言引入了物理学的具体计算中，使后来的物理学家们不必再受“抽象思考”的折磨，而能以形象的方式来表述、理解以及计算各种粒子在量子场中的相互作用，可以说为量子力学领域提供了一套绝佳的“视窗化操作工具”。

倘若像他这样一位出类拔萃的量子物理学家都声称自己不懂，那么世界上真的没有任何人敢说自己懂量子力学了。

然而1964年的11月，费曼在康奈尔大学开展的系列讲座“The Character of Physical Law（物理定律的本性）”中，又实实在在地讲出了下面这样一番话：

我想我可以有把握地说，没有人真正理解量子力学。因而，不必太认真地对待我这一讲座，觉得你真的通过我所描述的某种模型弄懂了什么，你只要自由自在地欣赏它就好了。

如此看来，费曼的确是自认不懂量子力学的，至少是自认“不真正理解”量子力学的。

那么，他为什么会这样认为呢？

其实对于这个问题，费曼本人已经在那场讲座中给出了明确的答案：

我们要描述的是跟你以往熟悉的任何事物都不相同的对象……它是抽象的、远离经验的……如果能避免的话，尽可能不要问自己“它为什么是哪个样子？”因为这样会让你陷入一个谁也逃不出来的死胡同里。谁也不知道它怎么会像那个样子。

“它”是泛指自然界中的一切量子，世上无人能够解答“它怎么会像那个样子”，自然也就“没有人能真正理解量子力学”。

好在物理学家们也并未因此而感到懊恼，因为这丝毫也不会阻碍量子力学的发展。就拿量子纠缠来说，尽管谁也无法理解两个量子究竟是如何实现纠缠的，却并不妨碍物理学家们利用其纠缠的特性敲开了量子态隐形传输技术的大门。

事实上，量子力学这玩意儿自打第一天闯入人们的视野，就已经表现出了一副高深莫测的样子。

初现江湖就非同凡响。

1887年的某一天，德国物理学家海因里希·鲁道夫·赫兹成功地完成了无线电收发的实验，证明了电磁波的存在。

兴奋之余的他为了更清楚地看见接收端的两个铜球间产生的微弱的电火花，便拉上窗帘，屏蔽了外界光线，结果接收装置忽然没反应了。

这看起来似乎是仪器出现了故障，然而当赫兹拉开窗帘准备排查问题时，电火花就又出现了。

经过一系列尝试后，赫兹终于确定了在黑暗的环境中，必须将接收端的两个铜球的间隔缩短才有反应，如果铜球的间隔不够近，就必须受到光线的照射才会出现电火花；一旦陷入黑暗就毫无反应。

是不是有一种似曾相识的感觉？

这无厘头的反应，一出手就打了全世界物理学家一个措手不及，所有人都为此伤透了脑筋，物理学领域也从此有了一个新的名词——“光电效应”。

当金属受到特定频率的光线照射时，表面的电子会受到激发而变得更加活跃，电性质就发生了改变；不同频率的光线对金属造成的影响也有所不同，频率越高影响越强；频率过低的光线无论强度多高也不会对金属产生任何影响。这就是光电效应。

在赫兹的实验中，接收端暴露在光线下，铜球的电性质就被“强化”了，于是更容易产生电弧，而屏蔽光线后，铜球的电性质被“弱化”了，结果便不再产生电弧，或者电弧很微弱。

现象就是这么一个现象，所有人都看见了，可是原因却谁也解释不出来。因为在那个时期，托马斯·杨的双缝干涉实验已经让所有人都坚信了光是一种波，而不是粒子。

既然光是波，金属就应该受到光线强度的影响才对，这就好比一堆铁球会不会被水冲走，应该取决于水流的大小，而不是水的波纹密度。

可是光电效应的表现却恰恰相反——如果波纹的密度（频率）不足，无论多强的水流都冲不走铁球；只要波纹的密度够高，无论多微弱的水流都能冲走铁球，并且波纹的密度越高冲走的铁球数量就越多。

这简直让人百思不得其解。

究竟为什么会这样呢？

光电效应的疑问在科学家心里萦绕了年，直到1905年，爱因斯坦提出了光量子（光子）的概念，才终于把这个问题解释清楚了。

如果光也是量子（粒子），那当然要足够高的频率才能将电子击打出来，频率不够无论强度再高也没用。

打个比方，我们把震动的小球扔进铁球堆里，如果小球的震动频率很低，铁球不可能被弹开，无论扔多少颗进去也无济于事；但如果小球的震动频率特别高，哪怕扔一颗进去铁球也会被弹开，并且震动频率越高，被弹开的铁球数量也就越多。

先前匪夷所思的诡异现象，现在却成了一听就感觉天经地义的事情。

就这样，爱因斯坦让光电效应的现象变得合情合理了，他本人也因此而获得了诺贝尔物理学奖。

然而光电效应的问题虽然解决了，量子力学的噩梦却彻底闯入了科学领域。

因为光电效应所表现出来的规律，意味着光必须是粒子的形态——我们仿佛都能看见一粒粒不停震动着的光子将金属表面的电子弹飞到了空中。

另一方面，双峰干涉实验又清清楚楚地告诉所有人，光绝对是一种波，而不可能是粒子——我们仿佛都能看见一片波纹被两条缝隙一分为二，从而相互干涉，于是在终点形成了许多间或的条纹。

如此一来，物理学家们不得不被迫承认了“波粒二象性”的概念——光子即是一颗“震动的小球”，又是一片“起伏的波涛”。

而这也是宇宙中所有粒子共有的特征，世间万物统统都是由这样的粒子构成的，可是谁也无法想象这些即是粒子又是波的“怪物”究竟是怎样的一种形态。

其实单凭以上这一点，就足以让人拍着胸口讲出“没有人真正理解量子力学”这句话了。

而量子力学中有太多这类让人既无法理解，又不得不承认它们切实存在的诡异现象。譬如波函数坍缩、譬如量子纠缠、譬如量子擦除实验、譬如惠勒延迟实验……这也就不难理解为何全球最顶尖的量子物理学家之一，会认为自己不懂量子力学了。