为什么微观粒子的状态是不确定的，必须用概率去描述？

量子力学告诉我们，微观粒子的状态和运行规律并不能用经典物理去描述，因为微观粒子的行为完全违背了我们的传统认知，甚至颠覆了我们的人生观和宇宙观。

这也是为什么有物理学界大佬会这样讲：如果你第一接触到量子力学，没有因为量子世界的诡异行为感到丝毫困惑的话，并不能说明你很聪明，更不能说明你真的了解了量子力学，恰恰相反，是因为你完全不明白量子力学！

说白了就是：无知者无畏！

实际上，不要说普通吃瓜群众了，所有的物理学家大佬们至今也都无法理解：为什么量子世界如此诡异？

量子世界里，违背我们生活常识的地方实在太多了，甚至完全违背了人们认为坚不可摧的“因果律”。

量子力学发展了一百多年，那么如今的物理学界是如何描述量子力学的呢？

波粒二象性是量子力学的核心思想，但实际上这样一个“中庸”的描述方式，恰恰凸显出了人类的“无能和不甘”，因为我们实在不知道到底该如何准确描述量子世界的诡异行为，只能用“波粒二象性”这个模棱两可的定义去描述。

现实中的我们很难理解一个物体既有粒子特性，也拥有波动性，一会表现出粒子性，一会又表现出波动性，微观粒子的状态到底是什么，最终竟然取决于我们的观测，不观测时，是飘忽不定的波动性，微观粒子无处不在。一旦实施了观测，粒子瞬间就坍缩为粒子性，成为确定存在的粒子。

先来看看我们的经典世界是如何描述物体状态和运动的。

在物理课上，我们都学过质点的概念，在研究一个物体的运动时，通常可以将物体视作一个质点，进行模型化处理方便理解，然后就可以准确地测量计算该物体的相关物理量了，比如说质量，速度，加速度等，所有这些物理量都可以通过牛顿经典力学计算出来。

中学时学的物理并不涉及相对论知识。其实相对论也属于经典物理学范畴，与牛顿经典力学是一样的，只不过相对论描述的是高速状态的宏观物体的运行规律。

利用牛顿力学和相对论，完全可以描述我们宏观物体的运动规律。

随着科学家们对微观领域的深入探索，有了不一样的发现。相继发现了原子核，电子，质子中子甚至夸克的存在。而当科学家们观测这些微观粒子的运动规律时，发现牛顿经典力学和相对论都不好用了，并不符合经典物理学的预测。

比如说，原子核带正电，电子带负电，如果按照牛顿经典力学的预测，电子在运动的过程中能量会发生衰减，最终坠落到原子核上，但现实中并没有出现这样的情况。

显然，经典物理学遇到了难题，该如何解释电子等微观粒子的行为呢？

玻尔首先提出了“电子跃迁”的概念，电子在不同的能级之间来回跃迁，但只能吸收或者释放特定的能量，也就是光量子整数倍的能量，因此只能在不同的能级跃迁，而不能跃迁到两个能级之间。

不过，玻尔的理论也有缺陷，并不能解释电子云现象。

随着电子双缝干涉实验的开展，物理学家们发现了更多诡异现象，明白了电子等微观粒子同样具有波粒二象性，这就意味着，电子可以同时出现在两个不同的地方，甚至可以出现在任何地方。

那么，到底该如何描述微观粒子的状态呢？只能用不确定性原理。虽然我们并不能同时获取微观粒子的速度和位置信息，但微观粒子的速度和位置的不确定性满足一定的关系，这个关系就是：速度不确定性与位置不确定性的乘积必须不小于一个常数，尽管这个常数很小，但比零要大。

物理学家们还发现，虽然我们不能确定微观粒子的速度和位置信息，但可以用概率去描述，可以用概率描述微观粒子在某个位置出现的概率。

这就是“概率波”诠释，用于诠释薛定谔方程中的“波函数”。也就是说，微观粒子的行为就像波动一样不可预知，无处不在，它们的行为只能用概率波去描述。

为什么会这样？

很抱歉，人类也不知道，也很无奈，只知道微观世界确实是那样的，不确定性和概率波就是微观粒子的固有属性，人们也只能用概率去描述微观粒子的运动。

这就好像“掷骰子”一样，最终到底是几点，是不确定的，随机产生的。爱因斯坦和薛定谔等物理学界大佬无论如何都不能接受微观粒子的概率行为，爱因斯坦坚信“上帝不会掷骰子”，但今天的主流科学界显然更支持“上帝的确会掷骰子”。

还有一个问题，宏观物体都是由微观粒子组成的，既然微观粒子是不确定的，只能用概率去描述，为什么宏观物体的状态是确定的呢？

最关键的是，微观粒子的不确定性也是“相对”的，因为任何观测行为都会导致微观粒子的“波函数坍缩”，从不确定性坍缩为确定性，从一片模糊的波动状态，坍缩为真实存在的确定状态。

深层含义就是：难道这个世界的真实性取决于我们的观测吗？当我们不观测时，世界一片模糊不定，而当我们观测的一瞬间，世界才变得真实？

虽然这让人很难接受，但目前来看，确实是这样的。那么最大的问题又来了，为什么我们的观测行为会导致微观粒子的“波函数坍缩”，从波动性坍缩为粒子性呢？

很遗憾，人类还是不知道该问题的答案，只是观察到了那种行为确实存在，于是用“波函数坍缩”去描述。说白了，所谓的“波函数坍缩”只是科学家们根据观察到的结果，倒推出来的结论，说点不好听的就是“马后炮”，本质来讲就是“假设”。

当然，网络上也有人会提出这样的观点：观测之所以会导致波函数坍缩，是因为观测本身意味着一定会与微观粒子发生相互作用，从而影响到微观粒子的状态。

这种观点确实更容易被我们接受，毕竟更符合我们的生活经验，不过是站不住脚的，毕竟如果观测行为干扰了微观粒子的量子状态，意味着之前在观测之前，量子系统已经有某种确定状态了，显然这就与“观测行为改变量子状态”发生了矛盾。

当然，物理学家们虽然不知道量子世界为什么会发生“波函数坍缩”，但还是提出了很多假设，比如说平行宇宙假说，高维度空间，甚至还有“意识决定论”等，但究竟哪一个才是量子世界的本质，我们还不知道。

大自然总是这样，总是在人们以为快要触摸到大统一理论的时候，给人们“当头一棒”，衍生出更多更不可思议的大自然现象。

完！