可能是最容易看懂的量子物理简述

17世纪以前，人们对光的认识停留在希腊人“光是微粒”。 17世纪后期，牛顿的色散实验，证明光具有波动性。

（光到底是微粒还是波？）

1801年，杨氏双缝干涉实验，证明了光具有波动性。 1887年，赫兹证明电磁波的存在，也证明了麦克斯韦所预言的“电磁波传播速度等于光速”。光具有电磁波的一切性质。

（光是一种电磁波。） 1900年，物理界的两朵乌云： （1）迈克尔逊_莫雷实验，否定了“以太”的存在。这件事导致了相对论的提出。 （2）黑体辐射实验与理论的不一致。这件事导致了量子论的提出。 1900年末，普朗克用数学方法“凑出”黑体辐射公式。他发现要解释这个公式，就必须假定，能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。“量子”即能量的最小单位。

（量子论初露头角，时间1900.12.14）

1905年，爱因斯坦用普朗克的量子论解释了光电效应实验，认为光是由量子的形式吸收和发出能量。

（对于光的认识先告一段落，来说电子。）

1913年，玻尔推断，电子只能在特定“势能位置”之间“跳跃”，认为电子轨道是量子化的。 1923年，德布罗意预言电子是一个波。与此同时，玻尔把光看成粒子由此推导出普朗克黑体辐射公式。

（传统上认为电子是粒子，而这里预言电子是波；传统上认为光是波，而这里却显示出光是粒子。）

1925年，为解决玻尔遗留下来的原子核外双电子模型，海森堡发明矩阵，矩阵是量子在数学上的体现，即离散的、非连续的数学。与此同时，薛定谔根据德布罗意早先提出的“波粒二象性”，推导出波动方程，正确的描述了波函数的量子行为。

（海森堡和薛定谔，分别从离散和波动两种角度，得到了等价的数学结果。离散代表量子化，波动代表连续性。究竟是量子还是连续？）

1927年，戴维逊、汤姆逊，分别证明电子具有波动性。同年，海森堡提出“不确定性原理”，即量子的位置和动量不可同时被确定。

（“不确定性原理”建立在波和粒子的双重基础上。对电子来说，我们在它波的属性方面了解得越多，那么对它粒子的属性方面了解的就越少。）

量子物理探寻以及基奠的历史就是以上，然而这才刚刚是噩梦的开始。 还记得最初的杨氏双缝干涉实验吗？ 这个实验想法很简单，即让两束完全相同的线光源同时通过两道挨着很近的狭缝，观察屏幕上的结果。 如果光是粒子，那么屏幕上应该是两道明亮的条纹。如果光是波，那么屏幕上应该出现明暗相间的干涉条纹。

事实是，出现了明暗相间的干涉条纹，所以此实验证明光具有波动性。 然而，当在狭缝后装置探测器专门探测光量子究竟通过了哪一道狭缝时，屏幕上出现两道明亮的条纹（即当有观测者时，波动性消失了！光呈现了粒子的行为！） 由于实验采用的是线光源，所以里面包含很多个光量子，那么如果我们控制让一个光量子通过狭缝，那屏幕上会出现什么呢？ 1909年，杰弗里·泰勒实现了这个实验，结果是惊人的：单个光量子可以同时通过（同时通过！！）两个狭缝，自己与自己发生干涉。要知道虽然两个狭缝挨得很近，但对于单个光量子来说，两狭缝的距离是巨大的，相当于人跨越整个太平洋！值得一提的是，电子、中子、原子、分子都表现出这种行为！

（以上描述了两个关键问题。问题1、当有观测者时，量子只呈现一种属性，粒子或者波；问题2、单个量子可以同时通过两个狭缝，跨越巨大距离自己与自己发生干涉！） 为解释这些奇异的量子行为，至今为止产生了几大派别，共5种理论，即多世界、退相干、隐变量、自发定域理论、弦理论（后发展成M理论）。

哥本哈根派用“波函数坍缩”解释问题1，即当我们观测一个量子（比如用电子举例，下文不再赘述）前，它实际上处在一中叠加态，所有关于位置的可能性叠加在一起，弥漫到整个空间去。但当我们有意识地去观测它时，它的弥漫于整个空间的波函数坍缩了，它以一个确定的位置出现在我们面前。事实上，不存在电子这个东西，存在的只是“我们与电子之间的测量关系”。测量行为创造世界。 多世界理论不同意哥本哈根派的“波函数坍缩”“意识”“观测者”，它对于电子双缝实验的解释是：当电子经过双缝后，出现了两个叠加在一起的世界，在其中一个世界里电子穿过了左边的狭缝，而在另一个世界里，电子则通过了右边的狭缝。 退相干理论则认为，当人参与观测时，引入了高维世界（有必要提一句，量子世界是低维的），而引入高维世界后，“电子穿过了右边狭缝”的世界和“电子穿过了左边狭缝”的世界正交，我们看到了其中一个世界时也就无法感知另一个世界了。 隐变量理论说，由于实验还做不到足够精确，所以我们还未发导致实验结果的某些变量。 自发定域理论跟隐变量理论有些相似，认为任何微观或宏观的系统，都不存在严格孤立，总是跟环境有种种交流，被随机过程影响，造成了单个电子从弥漫的叠加状态变为在空间中比较精确的定域（其实就是坍缩）。对于单个粒子来说，自发定域发生的可能性很低，所以从整体看，微观系统基本上处于叠加态是不假的。 弦理论的研究的速度比较快，经历了超弦理论后，现在统一成M理论。认为任何粒子其实都不是传统意义上的点，而是开放或者闭合的弦，当它们以不同方式振动时，就分别对应于自然界中的不同粒子（电子、光子……引力子）。我们活在11维时空里，其中的7维是紧紧蜷缩起来的，所以我们察觉不到，当尺度达到量子这样微观时，那蜷缩起来的7维就展现在我们眼前了。