量子世界为什么如此怪异？
2025-04-09
英国《新科学家》周刊网站3月4日刊登题为《量子世界究竟为什么如此怪异？》的文章，作者是量子科学专栏作家卡梅拉·帕达维奇-卡拉汉，内容编译如下：
在我上大学之前，我了解到量子物理学是物理学最神秘的分支，其中充满了能同时存在于两个地方的粒子、实际上并不波动的波，以及其行为可能取决于宇宙另一端发生的事的物体。我对此惊叹不已，直到我所在大学物理系组织的一次晚餐改变了我的想法。吃披萨时，我向量子光学专家了解他们的工作。他们一边咬着油腻的披萨一边说：“这不过是线性代数而已。”
他们如此轻易地消除了量子物理学的神秘感，这让我震惊。但的确，就把数学计算结果与研究人员在实验中观察到的现象进行比较而言，量子物理学的表现出奇地好。从这个意义上说，它即便不是最成功的科学理论，也是最成功的科学理论之一。将所有那些违反直觉、令人费解的量子怪异特性归结为像某种代数形式那么简单的东西，并没有什么不准确的地方。那么，为什么它摆脱不了“怪异”的名声呢？
量子直觉
答案在于量子力学如何与我们有关世界的经验实现一致(或不一致)。通常，似乎任何量子物体一旦脱离数学领域，就会变得几乎不可理解。所以，对我来说，量子物理学真正的怪异之处和其大部分魅力在于，它让我们面对这样一种可能性，即我们为理解世界而发明的工具是有局限性的。这也让我想知道自己是否真能培养出量子直觉。
每一种物理学理论都有自己独特的数学表达形式。比如，牛顿定律其实就是一组微分方程。牛顿定律可以帮助预测你在爬坡时必须以多快的速度蹬自行车才能避免下滑。电磁学理论则是通过三维微积分来表达的。然而，关键在于，你不需要具备求函数导数的专业知识来避免从山上滚下来，也不需要知道什么是向量积来把磁铁贴在冰箱上。你所需要的只是经验和身体的本能反应。学习数学后，只不过能对这些现象进行解释。
量子物理学也有其独特的数学表达，但我们如何利用数学来理解量子理论，就远没有那么简单直接了。在一些我们凭直觉认为“不可能”的情形中，数学却证明并非如此。
量子理论建立在它的一些著名创立者所做工作的基础上，这些人包括维尔纳·海森堡、埃尔温·薛定谔和马克斯·玻恩，他们的工作涉及矩阵、波动方程和概率。就连他们都怀疑，从纸上的数学演算飞跃到我们所体验的物理世界会异常困难。随后几
2025-04-09
英国《新科学家》周刊网站3月4日刊登题为《量子世界究竟为什么如此怪异？》的文章，作者是量子科学专栏作家卡梅拉·帕达维奇-卡拉汉，内容编译如下：
在我上大学之前，我了解到量子物理学是物理学最神秘的分支，其中充满了能同时存在于两个地方的粒子、实际上并不波动的波，以及其行为可能取决于宇宙另一端发生的事的物体。我对此惊叹不已，直到我所在大学物理系组织的一次晚餐改变了我的想法。吃披萨时，我向量子光学专家了解他们的工作。他们一边咬着油腻的披萨一边说：“这不过是线性代数而已。”
他们如此轻易地消除了量子物理学的神秘感，这让我震惊。但的确，就把数学计算结果与研究人员在实验中观察到的现象进行比较而言，量子物理学的表现出奇地好。从这个意义上说，它即便不是最成功的科学理论，也是最成功的科学理论之一。将所有那些违反直觉、令人费解的量子怪异特性归结为像某种代数形式那么简单的东西，并没有什么不准确的地方。那么，为什么它摆脱不了“怪异”的名声呢？
量子直觉
答案在于量子力学如何与我们有关世界的经验实现一致(或不一致)。通常，似乎任何量子物体一旦脱离数学领域，就会变得几乎不可理解。所以，对我来说，量子物理学真正的怪异之处和其大部分魅力在于，它让我们面对这样一种可能性，即我们为理解世界而发明的工具是有局限性的。这也让我想知道自己是否真能培养出量子直觉。
每一种物理学理论都有自己独特的数学表达形式。比如，牛顿定律其实就是一组微分方程。牛顿定律可以帮助预测你在爬坡时必须以多快的速度蹬自行车才能避免下滑。电磁学理论则是通过三维微积分来表达的。然而，关键在于，你不需要具备求函数导数的专业知识来避免从山上滚下来，也不需要知道什么是向量积来把磁铁贴在冰箱上。你所需要的只是经验和身体的本能反应。学习数学后，只不过能对这些现象进行解释。
量子物理学也有其独特的数学表达，但我们如何利用数学来理解量子理论，就远没有那么简单直接了。在一些我们凭直觉认为“不可能”的情形中，数学却证明并非如此。
量子理论建立在它的一些著名创立者所做工作的基础上，这些人包括维尔纳·海森堡、埃尔温·薛定谔和马克斯·玻恩，他们的工作涉及矩阵、波动方程和概率。就连他们都怀疑，从纸上的数学演算飞跃到我们所体验的物理世界会异常困难。随后几