從經(jīng)典物理學(xué)到量子物理學(xué)，物理現(xiàn)象中的很多問題等待著我們解決：惠勒的龍、愛因斯坦—波多爾斯基—羅森思想實(shí)驗(yàn)、泡利原理、霍伊爾假設(shè)，等等。量子論顯示，量子世界確實(shí)充滿了稀奇古怪、現(xiàn)階段還不足以解決的謎題。

關(guān)于令人費(fèi)解的量子現(xiàn)象的解釋，阿爾伯特·愛因斯坦和尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）自1927年就展開了交談和通信，直至1933年告一段落。玻爾和愛因斯坦都認(rèn)為：不可能同時測得一個基本粒子的位置和速度。他們之間的分歧是：愛因斯坦相信，基本粒子實(shí)際上存在確定的位置和確定的速度，僅僅是我們無法觀察到而已；玻爾卻認(rèn)為，必須拋棄這種粒子同時具有位置和速度的觀念。

物理學(xué)家的實(shí)驗(yàn)結(jié)果徹底粉碎了人們這一期望：真實(shí)世界中大量物質(zhì)應(yīng)如何起作用。雙縫干涉實(shí)驗(yàn)是典型的例子。實(shí)驗(yàn)說明，光既具有波動性，又具有粒子性。而在光束分裂實(shí)驗(yàn)中，出現(xiàn)了更令人費(fèi)解的光子實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這一實(shí)驗(yàn)似乎不得不得出奇怪的結(jié)論：一個光子莫名其妙地“知道”另一個光子正在干什么，并能夠自由選擇它的光路。

將光束分裂實(shí)驗(yàn)運(yùn)用在宇宙學(xué)中，這種現(xiàn)象變得更加奇怪。人們發(fā)現(xiàn)，時間和空間對它的影響很小。人們檢驗(yàn)了來自幾十億光年以外的河外星系的光子。結(jié)果表明，這些光子仍能相互干涉，就好像在實(shí)驗(yàn)中相隔幾秒鐘發(fā)射的光子能相互干涉一樣。這種干涉本身令人十分費(fèi)解，而且其不受時間和空間約束的事實(shí)，更與人們所有預(yù)料相矛盾。

這些實(shí)驗(yàn)表明，相繼連續(xù)發(fā)射的電子互相干涉，不論它們是幾秒鐘前在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生的，還是幾十億年前在遙遠(yuǎn)的河外星系產(chǎn)生的。

在量子被發(fā)射和顯示它們被接收的這段時間里，它們究竟是什么或究竟干了些什么，我們還無從得知。約翰·阿奇博爾德·惠勒（John Archibald Wheeler）生動地描述了這一問題：在這段時間里，量子是一條“巨大的煙龍”，龍頭和尾巴分別在探測和發(fā)射位置上清晰可見，而龍的身體被“煙霧”遮掩，為我們所不知。

愛因斯坦堅(jiān)信，量子的煙龍不是自然界的事實(shí)，而是量子論所提供的描述不適當(dāng)。因此，愛因斯坦及他的同事鮑里斯·波多爾斯基（Boris Podolski）和納森·羅森（Nathan Rosen）提出了著名的思想實(shí)驗(yàn)。有趣的是，檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不但沒能解決量子的不確定性問題，反而承認(rèn)了在空間相互分離的粒子間的瞬時信息傳遞。

該實(shí)驗(yàn)是要得到處于相同狀態(tài)的兩個相同的粒子并允許它們分離，然后對其中一個粒子的位置進(jìn)行測量。物理儀器的檢驗(yàn)結(jié)果沒有證實(shí)愛因斯坦的預(yù)料。原因在于，測量一個粒子的活動對另一個粒子產(chǎn)生了某種測量影響。正像宇宙學(xué)的光束分裂實(shí)驗(yàn)一樣，兩個粒子盡管在空間上是分離的，但它們卻是直接相互關(guān)聯(lián)的。這種奇怪的現(xiàn)象，就是物理學(xué)家約翰·貝爾（John Bell）在60年代所預(yù)言的貝爾定理。

粒子具有瞬時相關(guān)性，所以信息能夠越過有限空間而無需有限的傳遞時間。愛因斯坦—波多爾斯基—羅森思想實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)證實(shí)了這一定理。然而，信息的瞬時傳遞違反了相對論的基本定律：宇宙中沒有任何信號能傳播得比光速快。但量子似乎無視這一禁令，它們的相關(guān)性是瞬時的，且并不縮短距離。

1925年，沃爾夫?qū)づ堇╓olfgang Pauli）提出了圍繞著原子核的電子相互排斥的數(shù)學(xué)模型。

在此，我們可以用薛定諤波函數(shù)ψ（×1，×2，×3，……，×n）來描述電子在原子殼層中的狀態(tài)。如果任何兩個電子相互交換，波函數(shù)就會改變符號。這意味著不相容原理必須是反對稱的。而波函數(shù)的反對稱原理規(guī)定，原子中的電子必須占據(jù)不同的軌道。但是，整個原子為什么能遵守反對稱規(guī)則呢？

這一點(diǎn)目前我們尚不清楚。不相容原理要求電子間有精確相互作用而不涉及動力學(xué)的力。原子、分子或金屬元素中的電子直接地、非動態(tài)地相互聯(lián)系在一起，如愛因斯坦—波多爾斯基—羅森思想實(shí)驗(yàn)中，兩個電子和光束分裂實(shí)驗(yàn)中的兩個光子，似乎知道相互的量子態(tài)而無需交換能一樣。

電子對單一態(tài)的不相容，有助于具有特定性質(zhì)的有序原子結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，這是宇宙中所有復(fù)雜現(xiàn)象的基礎(chǔ)。不過，泡利原理只是描述了不相容起作用的方式：一個電子“知道”其他電子在干什么的方式。但是，它并沒有解釋這種方式。

量子世界一層一層地解開物質(zhì)的奧秘，然而與此同時，也蒙上一層層的面紗。每次新的發(fā)現(xiàn)或新的探究解開一個謎題的時候，更多的困惑也蜂擁而來。對于這個量子世界，我們什么時候才能真正洞悉其奧秘呢？