为什么费曼会说：世界上没有人真正懂得量子力学？
为什么费曼会说：世界上没有人真正懂得量子力学？
为什么费曼会说，世界上没有人真正懂得量子力学？因为量子力学的理论体系建立在实验现象之上，缺乏一个清晰的物理图景。从普朗克提出量子概念至今，尽管量子力学取得了巨大的成功，但其本质仍然是一个谜。本文将从量子力学的发展历程、主要理论和争议等方面，深入探讨费曼的这句名言。
量子力学的起源与发展
量子力学的起源可以追溯到1900年，普朗克提出了能量量子的概念，即能量是一份一份传递的。随后，爱因斯坦在1905年对光电效应做出了光量子（光子）的解释，开始了对粒子与波的统一解释。直到1916年，爱因斯坦才通过数学公式（p=mc=h/λ）明确建立了光子的定量分析，最后发展为量子的“波粒二象性”。
光子作为量子的一个典型代表，连发现它的爱因斯坦都表示从未搞明白光子到底是什么。“波粒二象性”对于物理学家来说，更像是一个拼凑的名词，实际上什么都没解释。
量子力学的正统解释
被视为正统的“哥本哈根解释”包括以下内容：
- 玻恩的波函数概率解释：薛定谔波函数是一种概率波，只能描述在某位置找到某个粒子的概率，观察测量只是预测某一结果的概率，却不能预测一定会得到什么结果。
- 海森堡的不确定原理：有一些成对物理量，它们不可能同时被精准测定，一个越确定另一个必定越不确定，此消彼长。比如动量与位置（ΔxΔp≥h/4π ），时间与能量（ΔEΔt≥h/4π）。
- 玻尔的互补原理：一些物理对象存在看似矛盾的多重属性，原则上不可能用同一种方法同时看见其多重属性，只能用不同是方法观察到它们不同的属性。
- 玻尔的对应原理：量子的各种规则虽然适用于微观尺度，但从规则中得出的结论不能违反宏观上的观察结果，而且宏观尺度上还是遵循经典物理学规则。也就是说，在大量子数极限的情况下，量子体系的运动趋向经典力学体系，量子物理定律和方程可以转化为经典物理定律及方程。
- 叠加态原理：如果A和B是一个粒子的两种状态，那么A+B也是这个粒子的第三种状态，并同时具有A\B的特征。
- 波函数坍缩：在一次测量与下一次测量之间，除了概率波函数以外，微观物体不存在，它只有各种可能的状态，只有进行了观察或测量，“可能”状态才坍缩为实际的“确定”状态。
费曼的贡献与困惑
费曼在量子力学领域做出了重要贡献，特别是在路径积分理论和费曼图方面。1942年，费曼创造出了路径积分理论，认为从出发点到终点，量子会同时通过所有可能的路径。这个理论虽然令人困惑，但非常实用，被广泛应用于量子场论中。
费曼图是一种用形象化的方法直观地处理各种量子相互作用的图，只有两个坐标轴，代表空间的横坐标与代表时间的纵坐标，所以也叫时空图。费曼图让人们对量子之间的交换过程有了更直观的理解。
量子力学的本质
量子力学的本质仍然是一个谜。即使是量子力学的奠基者们，如玻尔、狄拉克等，都承认自己并不完全理解量子力学。量子力学的反常识性主要体现在以下几个方面：
- 双缝干涉实验：这个实验显示，光子或电子在不被观测时会同时通过两个缝隙，而一旦被观测，这种特性就会消失。
- 不确定性原理：海森堡的不确定性原理表明，我们无法同时精确测量微观粒子的位置和动量。
- 量子纠缠：量子纠缠现象显示，两个粒子之间存在一种超越经典物理学理解的关联。
- 波粒二象性：微观粒子既表现出波动性又表现出粒子性，这种性质在经典物理学中是无法理解的。
量子力学的解释
量子力学的解释主要分为两大阵营：
- 工具论：认为波函数不是真实存在的，只是更好理解概率的工具。
- 实在论：认为波函数是客观存在，但会受到宏观物理规律如薛定谔方程的牵制而体现决定性。
这两个截然不同的观点互相碰撞，谁也不服谁。从目前来看，如果我们还是用现有的监测和认知手段，即使用遍当前人类所有的知识，对量子力学的奇特之处也解释不清，也包括那些曾经创造量子力学理论，以及现在正在研究量子力学的大师们。
费曼的贡献与困惑
费曼是20世纪最杰出的物理学家之一，参与了曼哈顿计划（美国原子弹的研制），并获得了诺贝尔物理学奖。他的主要成就是集中在量子力学中，特别是发明了费曼图和量子力学路径积分方法。然而，即使是这样一位量子力学大师，也认为“没有人能真正理解量子力学”。
费曼的这句话并不是谦虚的表现，而是因为他自己在量子力学最前沿钻研越久，就越体会到量子力学的神秘与广博。量子力学的未知区域远比他平生所学要广阔得多，因此他才会发出“没有人懂量子力学”的感叹。
量子力学的未来
量子力学的研究仍在继续，科学家们仍在努力寻找更深入的解释。尽管量子力学已经取得了巨大的成功，但其本质仍然是一个谜。正如费曼所说：“我确信没有人能够懂量子力学”。这种谦逊的态度，正是科学精神的体现。