1874年，17歲的科學(xué)天才馬克斯·普朗克告訴他的大學(xué)教授，他想投身于物理學(xué)。這位長者建議：“在這個領(lǐng)域，幾乎一切東西都已被發(fā)現(xiàn)，只剩下一些填補漏洞的工作了?！?/p>

結(jié)果證明，他說的不能算錯，但這些漏洞是連劉易斯·卡羅爾[5]也會感到驚奇的兔子洞。數(shù)年間填補漏洞的嘗試引出了一種對宇宙的新認(rèn)識，它頗具革命性，但卻離奇古怪、令人費解。第一個探入兔子洞的人便是普朗克，盡管他有些不情愿。

今天，量子力學(xué)是我們對世界最成功的描述。它可以解釋從原子到天體的一切事物。它還教導(dǎo)我們，世界從根本上說是極其神秘的，甚至是我們無法理解的。

靈光閃現(xiàn)

恰當(dāng)?shù)卣f，這場革命始于電燈泡。1894年，時任柏林大學(xué)教授的普朗克被委派對愛迪生的新發(fā)明做一些技術(shù)研究。電力公司想知道如何用最少的能量發(fā)出最多的白光，于是普朗克開始研究燈絲溫度與光的顏色之間的關(guān)系。

事實證明，這是對令人頭痛的黑體輻射問題的重新表述，此問題描述了物體（比如一塊金屬）的溫度與它發(fā)出的光的顏色之間的關(guān)系（黑體是一個理論上的東西，它既可以完全吸收電磁輻射，又可以發(fā)射電磁輻射）。實驗測量已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有一個重大的反常情況是物理學(xué)無法解決的：黑體無論多熱，都幾乎發(fā)射不出紫外光。這后來被稱為紫外災(zāi)難。

1900年12月，42歲的普朗克面對德國物理學(xué)會的成員提出了一個解決方案：能量并不是一種能以任意大小的量存在的連續(xù)現(xiàn)象，而只能以離散的小塊的形式存在。他將這些單元中的每一個稱為一個量子。普朗克當(dāng)時并沒有意識到自己正在下到一個無法逃脫的洞里。但他的結(jié)論（他稱其為“絕望之舉”）卻啟發(fā)了渴望深入下去的年輕一代的物理學(xué)家。

其中一位就是阿爾伯特·愛因斯坦，當(dāng)時他還是個25歲的無名小卒，正試圖理解光電效應(yīng)。所謂光電效應(yīng)指的是這樣一種現(xiàn)象：沐浴在特定頻率的光之中，許多金屬都會發(fā)射電子，無論光的強度如何。普朗克的量子正是他所需要的概念。愛因斯坦意識到，只有光也被量子化，光電效應(yīng)才能得到解釋。如果是這樣，我們就不能再按照古典的思路把光看成在空間中傳播的波。相反，光必須由一束粒子構(gòu)成，每一個粒子都攜帶著單獨的能量子。

非此非彼

物理學(xué)家很難接受這個觀點，因為有清楚的證據(jù)表明光是一種波。特別是，光通過兩個狹縫所產(chǎn)生的干涉圖樣就像水面上的一對漣漪。唯一的解決辦法就是拋棄常規(guī)觀念，接受光既是粒子又是波的想法。

到了20世紀(jì)20年代，波粒二象性已經(jīng)被普遍接受。這讓老派物理學(xué)家們滿腔郁悶無處發(fā)泄。但更糟的還在后面。

箱子里的貓

20世紀(jì)20年代，量子力學(xué)的哥本哈根詮釋成了應(yīng)對離奇的量子世界的最流行的方式，但并非所有人都對它感到滿意。薛定諤用了一個著名但備受誤解的思想實驗來提醒人們注意其荒謬之處。想象箱子里鎖著一只貓和一瓶毒藥，毒藥瓶有一半的可能性碎掉。根據(jù)量子力學(xué)的說法，在箱子打開前，兩種結(jié)果發(fā)生的概率相同。在被窺見之前，貓既是活的又是死的。

1927年，德國理論物理學(xué)家維爾納·海森堡認(rèn)識到，波粒二象性的結(jié)論從根本上限制了我們對世界的認(rèn)識。例如，我們對一個粒子的位置測量得越準(zhǔn)確，我們對它的動量知道得就越少。在量子世界中，粒子不像斯諾克臺球；粒子并不擁有位置和動量這兩種分離的性質(zhì)，這二者在粒子這里無法強行分開。

海森堡的不確定性原理始終是量子理論最違反直覺的預(yù)測之一。他的思想后來變得越來越脫離日常世界。

荒誕戲劇

很多人認(rèn)為，海森堡的奧地利競爭者埃爾溫·薛定諤的工作更如人意。薛定諤同樣認(rèn)為，不可能把粒子描述成占據(jù)著空間中一個固定的點。相反，我們最多只能為它可能存在的所有位置指定一組概率。按照這個邏輯，一旦某人對粒子進(jìn)行觀測，這個粒子就只能處于一個特定的位置。疊加態(tài)只有在觀測時才會坍縮，這種觀念成了海森堡和尼爾斯·玻爾提出的量子力學(xué)哥本哈根詮釋的一個重要信條。它還導(dǎo)致了另一個重要但又無比怪異的概念——量子糾纏，即兩個相距遙遠(yuǎn)的粒子的疊加。

這些荒謬的想法使量子力學(xué)的先驅(qū)們心情沉重。正如玻爾所說：“初次碰到量子理論卻不感到震驚的人不可能理解它?！?/p>

但這些想法被成功地證實了。新時代的實驗甚至證實了最令人難以置信的預(yù)言。但是，雖然認(rèn)識飛速提高，我們的困惑卻和以前一樣多。漏洞的確存在，可能永遠(yuǎn)也填不滿。