你應該聽過這樣的話，遇事不決，量子力學。這句話的意思就是，遇到無法解釋的事情，都可以扯到量子力學上面去，似乎量子力學在人們口中不像科學，而是玄學。那麼這種說法到底對不對呢？

其實我們的世界分為宏觀和微觀兩個領域，宏觀領域我們非常熟悉，因為我們一直生活在宏觀領域，所以會建立一些被認為是絕對正确的直覺。比如一個物體在同一個時刻，隻可能處于某一個固定的位置，不可能同時處于多個位置。

宏觀世界

再比如我們會認為任何物體的位置和速度，我們都能同時測準，如果遇到測不準的情況，我們會歸結于測量技術不夠先進，而不會認為這個世界本來就不确定。這些結論都是我們長期生活在宏觀世界，所建立起來的直覺和經驗，所以我們對剛才的結論深信不疑。如果有人懷疑剛才的結論，我們第一反應就是，這個人肯定是頭腦有問題。

但是微觀世界卻與宏觀世界有很大的不同，我們在宏觀世界所研究出的很多物理規律，比如牛頓力學，在微觀世界完全沒辦法使用，這到底是怎麼回事呢？接下來我們就來揭秘微觀世界的神奇之處。我們首先來研究一個電子的運動狀态，在我們的印象中，電子似乎就是一個極其小的球體，除此之外與宏觀的小球應該沒多大差别才對。而你應該也聽過這種說法，說電子和光子等這些微觀粒子，其實不僅僅是一個粒子，同時又是一種波，所以才有了，微觀粒子具有波粒二象性這個概念。

電子的運動

很多人一聽說電子也是一種波，腦袋中第一個反應就是，電子的運動軌迹，就好像我們通常看見的波一樣，是走一個蜿蜒崎岖的曲線軌迹移動下去的。其實這是對電子運動狀态的一種極大的誤解，我們之所以說電子也是一種波，這個波不是指電子的運動軌迹像一個波，而是說電子所處的位置是一個空間範圍，而電子在這個範圍内任意位置出現的概率值，會形成一個波。所以電子也是一種波，其實指的是一種概率波。

電子的概率波

可能你對電子的這種概率波無法理解，我舉一個簡單例子，假設此時我們有一個宏觀物體的小球，我們還有一個檢測小球是否存在的儀器，這個儀器可以在某一個小範圍内，快速檢測出小球是否當前正處于這個範圍，如果檢測到小球，儀器會顯示Yes，如果沒有檢測到，儀器就顯示NO。如果我讓小球從X=0開始，以速度1米每秒開始運動，然後把儀器放到X=4的位置，并且儀器設定一個定時器，規定4秒以後儀器正式開始檢測。

小球運動狀态

這個實驗我們可以先不執行，從理論上推理就可以得出結論，因為小球速度是1米每秒，所以經過4秒以後，小球肯定在X=4這個位置，而儀器恰好也放在這裡，并且也是定時4秒後啟動檢測功能。所以就算這個實驗我們還沒做，我們也能提前知道答案，那就是儀器肯定會顯示：YES。而這就是宏觀世界的确定性。我們可以根據事物的初始狀态，并借助于物理規律，對未來沒有發生的事情做預測，并且有時這種預測是極其精準的。

但是如果把剛才的宏觀世界的小球，換成微觀世界的電子，請問你還能預測出4秒後，儀器顯示的到底是YES還是NO嗎？也許你會覺得，如果電子的初始位置與運動速度和剛才的宏觀小球一模一樣，那麼4秒以後，儀器肯定也會顯示YES才對。但如果你實際去做這個實驗就會發現，電子首先就不會老老實實呆在X=0的位置，而是在這個位置周圍的一個範圍内随機出現，換言之電子不是處于一個固定的位置。

電子移動

所以我們就可以針對電子所有可能存在的位置都算出一個概率值，這樣就形成了一個概率的波函數，通過觀察可以看出，越靠近中間的範圍，波函數越肥，這代表電子出現在中間的概率越大，越靠近兩邊，波函數很瘦，這代表電子出現在兩邊的概率很小。

了解這個知識以後，我們依然讓電子開始向右邊運動，我們可以通過技術手段，讓電子所處的這個範圍，整體以1米每秒速度前進，然後4秒後，儀器正式開始檢測。此時你會發現，儀器是否能檢測到電子，完全屬于随機事件。我們甚至能計算出，4秒以後，儀器檢測到電子的概率是多少，其實就是儀器的檢測範圍，占整個波函數寬度的比值。也就是百分之35，換言之，儀器檢測不到電子的概率是百分之65。

發現電子的概率

這下大家就應該明白為何微觀世界很多事情，我們都無法給出一個肯定性的結論，而必須用概率來诠釋了吧。因為微觀世界的物體，一直處于不确定的狀态，我們根本無法拿到一個完備的微觀粒子的初始信息，自然也就無法對其未來做一個确定性的預測。

而且微觀世界的詭異之處，還遠不止這些，剛才針對這個電子，儀器如果顯示了YES，這意味着說電子肯定處于儀器所檢測的範圍，那也意味着，此時電子處于這個範圍以外的位置的概率瞬間就會變成0。而這也意味着，你的測量行為，已經改變了波函數的形狀，原來的波函數比較寬，現在瞬間就變窄了，這意味着人類的觀察行為，竟然改變了電子的運動狀态，這顯得非常不可思議。

觀察

也許你會有疑問，剛才分析的過程，都是儀器顯示YES的過程，如果儀器顯示NO會怎樣呢？其實很簡單，如果儀器顯示NO，這意味着儀器所檢測的範圍内，沒有出現電子，那麼此刻電子隻可能出現在波函數的兩側，此時的波函數會瞬間變成兩部分，而這也同樣改變了波函數。換言之不管你是否觀測到電子，隻要你做了觀測，電子的波函數就會瞬間發生改變，而這就是所謂的波函數坍縮。

波函數坍縮

在宏觀世界裡面，我去觀測一個小球，并不會影響到小球的狀态。但是微觀世界裡面，你的觀測行為和粒子的狀态會形成強烈的因果關系。換言之，微觀世界裡面，似乎觀測會直接影響微觀世界的進程，所以才有了這個說法，人的意識也許能直接影響微觀世界的演化過程。這裡我們暫時不讨論人的意識能否影響客觀世界，但是可以确定的是，微觀世界所遵循的物理規律，真的與宏觀世界有很大的不同。

而且微觀的不确定性，不僅僅體現在空間位置上，還體現在速度上，也就是任何一個微觀粒子，此刻的速度是多少，也處于一個不确定的值。換言之，微觀粒子此刻的速度，其實也是一個範圍内的随機值，我們可以在這個速度範圍内，把每一個速度對應的概率值都算出來，因此這又會形成一個波函數。此時我們相當于擁有了兩個波函數，第一個波函數用于描述微觀粒子所處位置的概率值，第二個波函數用于描述微觀粒子速度的概率值。

兩個波函數

而這兩個波函數如果越窄，就意味着對應的物理量測量得越精确。比如針對位置波函數來說，如果越窄，這就說明微觀粒子隻可能出現在這個極小的範圍内，那麼微觀粒子的位置就越确定。但是當你把一個微觀粒子的速度波函數，和位置波函數都測量出來以後，你會發現一個驚訝的事實，那就是當你把位置波函數弄得很窄時，速度波函數會變寬。而當你把速度波函數弄得很窄時，位置波函數又會很寬。

也許這樣表達非常抽象，舉一個例子，假設此時你有一個容器，裡面裝了一個電子，當你的容器遠大于這個電子時，電子所處的空間範圍很廣，容器裡面的任意位置電子都可能出現，所以此時電子的位置波函數會很寬，位置就很不确定，但是此時你卻發現，電子的速度似乎就确定下來了，你能測量出電子的速度信息，這意味着此時速度波函數很窄。

波函數變化

但是如果你的容器慢慢變小，變小到剛好容納這個電子的情況，此時電子由于無法穿透容器跑到外面，電子就隻可能在一個固定的位置存在，此時電子的位置波函數非常窄，但此時你再去測量電子的速度，你會發現，電子一會兒處于這個速度，一會兒處于那個速度，速度變得極大的不确定，這也意味着電子的速度波函數變寬了。

瓶子裡的電子

所以分析到這裡，你就會發現，你永遠無法同時精确測量出一個電子位置和速度，當你位置測準了，速度就不準，當你速度測準了，位置又不準，而這就是著名的海森堡不确定性原理。這種微觀粒子的不确定性，不是因為我們的測量儀器不夠先進導緻，而是微觀世界本來就不确定。

但是我們好奇的是，為何宏觀世界就很确定？其實海森堡不确定性原理，更為準确的說法是，你永遠無法同時測準一個微觀粒子的位置和動量，但是由于動量等于質量乘以速度，而每個物體的質量是固定的，所以你直接說位置和速度不可同時測準，也沒有錯誤。但是海森堡不确定性原理的公式卻是：位置不确定性，乘以動量不确定性，必須大于或等于普朗克常數除以4π。而這就能解釋為何宏觀世界非常确定。

海森堡

我們暫時把公式裡面的動量改成速度乘以質量，那麼這個不确定性公式就變成了：位置不确定性，乘以速度不确定性，乘以質量，必須大于或等于普朗克常數除以4π。由于宏觀物體的質量都很大，所以對于宏觀物體來說，速度不确定性和位置不确定性就都可以很小，也能滿足這個公式，相當于為了滿足這個公式，宏觀物體的質量幫了很大的忙。

但是針對微觀物體就完全不同了，由于微觀物體質量都很小，所以要讓這個公式滿足，位置不确定性和速度不确定性，兩者之中必須得有一個很大才行，如果兩者都很小，這個公式是不可能滿足的。所以速度和位置總得有一個非常不确定才行。

量子力學

分析到這裡，大家終于明白為何我們的微觀世界，永遠都處于不确定的狀态，因為它們的質量太小了，逼迫它們必須讓位置和速度的其中一個，變得不确定才行。如果你看懂了以上理論，你就掌握了量子力學的核心，不知道各位網友怎麼看，歡迎在評論區留言。