原创 菲利普·鲍尔 理想国imaginist
《生活大爆炸》中有一集，谢耳朵试图用“薛定谔的猫”来解释佩妮的情感问题，佩妮根本没有听懂物理学家谢耳朵在说些什么。
作为物理学四大神兽最出圈的一个，薛定谔的猫也常常被用在表情包里，至于那个盒子到底和量子力学有什么关系，就像猫“又生又死”的状态一样——你好像懂了又好像没懂。
可能get不到的笑点
知道大家想说：“拜托！为什么要开始讲物理，我们只想看小猫咪！”，好吧，小猫咪会有的，文末有一只丑的，我们还是先说会儿物理吧。
先忘掉那些让人头大的物理学名词。理查德·费曼曾说：“我认为我可以有把握地说，没有人懂量子力学。”事实确实如此，1900年，普朗克创立量子理论以来，物理学家也一直处在迷雾之中。
理查德·费曼（Richard Phillips Feynman，1918—1988）美国理论物理学家，获1965年诺贝尔物理学奖。
看看那些物理学家是怎么“吐槽”量子力学的：
在（量子理论的）某处，现实与我们对现实的知识之间的区别消失了，其结果是，这一理论变得更像中世纪的巫术，而不是科学……（量子力学）是一种特殊的混合物：它描述的一部分是大自然的真实，一部分是人类掌握的关于大自然的不完备的信息——海森堡和玻尔把它们搅和了起来，没有人知道如何厘清。
——埃德温·杰恩斯
我们永远不能忘记这一点：“真实”，同“波”和“意识”一样， 也是人造的词语。我们的任务则是学会正确地，也即毫无歧义且连贯一致地使用这些词。
——尼尔斯·玻尔
我希望你能接受大自然本身的样子：就是荒谬。
——理查德·费曼
我们贴心地收集了一些关于学习量子力学的口诀，试图教会大家用魔法打败魔法：
不自量力：不要自学量子力学
遇事不决，量子力学
量子力学，量力而学
实在不行也可以学习这位同事，使用“量子阅读”大法（温馨提示：所有量子阅读都是假的，别信。）
量子力学其实并不关乎量子
本文摘选自《量子力学，怪也不怪》
[英]菲利普·鲍尔 著；丁家琦 译
量子理论有着最最奇怪的起源，它的先驱者们是一边前行一边把它“编造”出来的。他们还能怎么办呢？这是一种全新的物理学，当时的物理学家无法从已有的理论中推导出它，即便他们已经能使用非常多的传统物理学与数学工具了。他们用已有的概念和方法拙劣地拼凑出新的形式，常常只是胡乱猜想什么样的方程或数学形式或许顶用。
在各种十分特殊、甚至可说深奥的物理现象面前，这些相应的预感和假设逐渐汇聚成一个如此广阔、精确又强大的理论，整个过程确实非同寻常。而关于量子力学的课程，不管是讲科学的还是讲历史的，对这一过程都关注得太少。教师直接给学生呈现一套数学机制，就好像它是从严格的演绎和决定性的实验中得来的一样。没有人告诉你它背后往往缺乏任何支撑——只不过它很有效。
流传甚广的“神仙打架”合照，拍摄于1927年的第五次索尔维会议，哥本哈根派和经典物理派之间就有过正面交锋，在第六次索尔维会议，玻尔和爱因斯坦又因为量子力学的相关问题“吵了一架”。
当然，这种数学方面的有效也不全是出于运气。爱因斯坦、玻尔、薛定谔、海森堡，以及马克斯·玻恩、保罗·狄拉克、沃尔夫冈·泡利等人之所以能“捏造”出量子力学的数学形式，是因为他们既有出众的物理直觉，又得益于其深厚的经典物理学基础。传统物理学的哪些部分该去利用，哪些部分又该丢弃，在这个问题上，他们有着不可思议的本能。但这并不能改变这样一个事实，即量子理论的数学形式只是临时措施，因此终归是相当任意的。
在量子力学中，大多数基本的方程和概念都只是（灵感指引下的）猜测。
科学发现通常始于一项无人能解释的观测或者实验结果，量子力学也不例外。实际上，量子力学只可能从实验中诞生，因为在逻辑上根本没有任何理由去期待它的那些结论。我们不能通过推理而走进量子理论，它只是我们的一种尝试，尝试在足够仔细地研究自然时去描述我们看到的东西。
对于任何理论，在某个时刻你可能都会禁不住发问：“所以为什么事情会是这样？这些规则从何而来？”通常在科学领域，我们只要仔细观察和测量，就能回答这些问题；但对于量子理论，事情就没这么简单了。因为量子理论不是一个可以让我们通过观察和测量来检验的理论，而是一个关于观察和测量到底意味着什么的理论。
量子力学始于1900年德国物理学家马克斯·普朗克的一个权宜之计。当时，他正研究物体辐射热的过程，这看起来像是一个物理学家会问的常规问题，还有点儿乏味。当然，这一课题是19世纪末的物理学家十分感兴趣的，但它看起来实在不像是需要崭新的世界观才能解决的样子。
马克斯·普朗克（Max Planck，1858—1947），德国物理学家，量子力学的创始人，获1918年诺贝尔物理学奖。
热的物体会发出辐射。如果物体热到一定程度，其中一部分辐射会变成可见光：它们会变得“红热”，更热的话还变得“白热”。物理学家为这类发出辐射的物体发明了一种理想化的描述，称其为“黑体”——听起来有点违反常理，但这个名字只是表示物体会吸收落在它身上的所有辐射而已。
造出表现如同黑体的物体是可行的，热炉子中间的一个洞就有这个效果。要测量它们在不同的光波长处辐射了多少能量也不难。但利用热的物体，即辐射源中的振动模式来解释测量结果，却不简单。（据经典物理学，光是一种波，由结合在一起并在空间中传播的电磁场组成。波长就是波的相邻两个波峰间的距离。大多数光，如太阳光，都由许多不同波长的波组成，不过激光一般只包含很窄波段的波长。光的这种波动说是量子理论的首批“受害者”之一。）
对黑体辐射的解释，依赖于热能在多种振动模式之间如何分布，这属于热力学范畴，这个领域研究的就是热与能量如何相互转换。我们现在可以把黑体的振动等同于组成它们的原子的振荡，但在普朗克研究这个问题的19世纪末，人们还没有发现原子存在的直接证据，因此普朗克对黑体中的振动单元即“振子”（oscillator）的描述很含糊。
普朗克发现，如果一个振子的频率为f，它的能量就只能是f的整数倍再乘以一个常数h（“普朗克常数”），可以是hf、2hf、3hf等，但不能取它们之间的值，这样热力学理论预测的黑体辐射就能与实验结果相吻合。
这意味着，每个振子在连续的能态之间移动时，只能发射（或吸收）频率为f的离散能量“小份”。
大学为普朗克设立的纪念牌匾
介绍量子力学发展的故事经常会说普朗克采取这一方法是为了避免“紫外灾变”：经典物理学预测，热物体随着波长变短会发射出更多的能量，这意味着，根据热物体会在所有的振动模式之间均分能量的假设，它会发出无穷多的能量——这当然是不可能的。
普朗克的“（能）量子假说”通过规定振子不能取任意频率，确实避免了这个麻烦的结果，然而这并不是普朗克提出这一假说的动机。他认为自己关于黑体辐射的新公式也只是适用于频率较低的情况，而紫外灾变只会出现在高频的时候。这一讹传大体反映了一种感觉：只有某种貌似紧迫的危机才会使量子理论轰然降生。但情况并非如此，普朗克的提议并没有激起任何争议和不安——直到爱因斯坦坚称“（能）量子假说”反映的是微观现实一个普遍特征。
1905年，爱因斯坦提出，量子化是真实的效应，并不只是一种让方程有效的数学小花招而已。原子的振动确实受这一限制。他还指出，量子化也适用于光波自身的能量：光波的能量也是一小份一小份的，他称之为“光子”。
爱因斯坦的很多同行，包括普朗克本人，都觉得爱因斯坦太过执着于普朗克假说的字面义，这一假说原本只是为了数学上的方便而提出的。但是关于光与物质相互作用的实验很快证明，爱因斯坦是对的。
因此，量子力学在一开始，确实关于“量子化能量”这一概念：不管是原子、分子还是光辐射，其能量只能像台阶一样一级一级地增加，而不能平滑地增加。我们被告知，这是早期量子力学的基本物理学内容，其他内容都是为了解释它而加上去的理论工具。
然而，这就好像是在说牛顿的引力理论是关于彗星如何在太阳系中移动的理论一样。1680年一颗彗星的出现促使牛顿思考各种彗星的轨迹形状，并提出一条引力定律来解释它们的轨迹。但牛顿引力理论可不是专门关于彗星的。它表达了大自然的一项底层原理，而彗星的运动只是该原理的一个表现而已。
同样，量子力学也并不只是关于（能）量子的：能量被分成一个个小块，只是它的一个附带结果。量子化现象只是一条警示，一条泄露内情的线索，让爱因斯坦和同行们意识到经典物理学某个方面出了问题，此外并无他意。
尽管普朗克和爱因斯坦都因为引入“量子”概念而获得了与其成就相称的诺贝尔奖，但这一步只是引发了一系列后续事件的历史偶然。假如当时普朗克和爱因斯坦没有提出量子，20世纪二三十年代的几项其他实验也会触发量子力学的诞生。
这么说吧：给你量子力学的规则，你一定能得出量子化，但反之却并非如此。能量的量子化本身也很可以是经典物理学中的一个现象。假设大自然恰好是如此构造的：在最小的尺度上，能量必须得是量子化的，只能取一系列阶梯状的离散的值。这很不寻常，我们好像找不到任何理由做如此期待。但为什么不能如此呢？也许物质的本质就是这样：大自然在小尺度上就是颗粒状的。爱因斯坦应会对此满意。
从实际的角度讲，量子力学和经典力学的差异确实体现在尺度上，这是因为当物体变得有网球这么大时，量子规则就会“密谋”让物体产生经典式的行为。大小差别的意义主要不在于物体的行为，而在于我们的感知。因为我们人类并没有感知量子行为的能力，只能感知到其有限的经典形式，因此面对量子现象我们无法产生直觉。
理论物理学教授萨斯坎德
斯坦福大学理论物理学教授萨斯坎德（Leonard Susskind，1940—，弦理论的创始人之一）认为，量子力学与经典力学的关键差异如下：
量子物理学对物体的“抽象”——即如何将物体用数学的形式表示出来，以及不同的表现形式在逻辑上如何相关——与经典力学不同。
在量子物理学中，系统的状态与对其测量的结果之间的关系与经典力学中不同。
对于前一条，我们还无须担心，就把抽象方式的差异看作物理学概念与文学理论的概念或宏观经济学概念的差异即可，这没什么大不了的。真正需要担心的是第二条。从某种意义上讲，量子理论所有的反直觉本质都浓缩在了这一条里。
讨论系统的状态和对系统的测量之间的关系，是什么意思呢？这个表述颇为怪异，因为这一关系过于稀松平常，一般我们根本不会想到它。
如果一个网球的状态是，它在空中以100英里每小时（mph）的速度飞过，我去测量它的速度，那么测到的值就是100mph。这一测量过程告诉了我这个球的运动状态。因此，说这个网球以100mph的速度飞过，然后我测量了它，完全没有问题。“速度为100mph”是网球的一个事先存在的属性，通过测量我就可以确定这一属性。我们肯定不会认为正是因为我测量了它，它才以100mph的速度飞过，这可说不通。
但在量子理论中，我们恰恰必须做这样的陈述。我们无法不去问这意味着什么，而争论也就自此开启。
一些科学家为讨论测量问题（即关于量子系统的状态与我们对其观测的结果之间的关系的问题）而发展出的一些概念，我们会听到量子理论那些灵符一般的全套概念：波函数、叠加态、纠缠等。但这些概念只不过是一套方便工具，让我们能预测一项测量会显示什么结果—毕竟预测在很大程度上是基础科学的目标。
萨斯坎德讨论状态与测量之关系的第二条原理可以用语言表述，而无需方程或者眼花缭乱的术语，这或许能让我们安心。要理解语言的意义并不容易，但这种情况反映的是，量子力学包含的最基本信息，并不是纯数学的。
有些物理学家可能会倾向于主张正好相反的观点：数学才对量子力学的最基本描述。他们这么说的主要理由可能是，数学能精准地传达意思，而语言则不太行。但这就犯了一个语义错误：如果你说一批方程关于物理现实，却又不解释它，它们也只不过是纸上的标记而已。我们不能把这个“不太行”藏在方程背后，至少在我们真正想探寻“意义”的时候不能这样。
萨斯坎德的第二条原理，陈说的其实是我们在探寻关于世界的知识时，也主动参与到了世界之中。这一情形是两千多年来人类的思想基石，而我们必须由此出发，寻找意义。
摘编排版 熊Mur
原标题：《让大家看看什么叫“不自量力”》