20世紀物理學的兩大支柱傍药，一個是我第一課講的廣義相對論，另一個就是我這里要講的量子力學段标，它們之間有著天壤之別。
這兩個理論都告訴我們博个，自然的細微結構要比我們看到的更加微妙怀樟。廣義相對論是一顆小巧的寶石：它是由愛因斯坦憑借一己之力思考、孕育而來的盆佣，是關于引力往堡、空間和時間簡潔而又統(tǒng)一的觀點。然而量子力學共耍，或者說“量子理論”則正好相反虑灰，它在實驗上獲得了無與倫比的成功，其應用也改變了我們的日常生活（比如我用來寫文章的電腦就和它息息相關）痹兜。但是這個理論在誕生一百多年之后穆咐，仍然籠罩在一片神秘莫測的奇異氛圍中。
量子力學正好誕生于1900年字旭，它幾乎引領了整整一個世紀的密集思考对湃。德國物理學家馬克斯·普朗克（Max Planck）計算了一個“熱匣子”內處于平衡態(tài)的電磁場。為此他用了一個巧妙的方法：假設電磁場的能量都分布在一個個的“量子”上遗淳，也就是說能量是一包一包或一塊一塊的拍柒。用這個方法計算出的結果與測量得到的數(shù)據(jù)完全吻合（所以應該算是正確的），但卻與當時人們的認知背道而馳屈暗，因為當時人們認為能量是連續(xù)變動的拆讯，硬把它說成是由一堆“碎磚塊”構成的，簡直是無稽之談养叛。
對于普朗克來說种呐，把能量視為一個個能量包塊的集合只是計算上使用的一個特殊策略，就連他自己也不明白為什么這種方法會奏效弃甥。然而五年以后爽室，又是愛因斯坦，終于認識到這些“能量包”是真實存在的潘飘。
愛因斯坦指出光是由成包的光粒子構成的肮之，今天我們稱之為“光子”。他在那篇文章的引言中寫道：
“在我看來卜录，如果我們假設光的能量在空間中的分布是不連續(xù)的戈擒，我們就能更好地理解有關黑體輻射、熒光艰毒、紫外線產生的陰極射線筐高，以及其他有關光的發(fā)射和轉化的現(xiàn)象。依據(jù)這個假設，點光源發(fā)射出的一束光線的能量柑土，并不會在越來越廣的空間中連續(xù)分布蜀肘，而是由有限數(shù)目的‘能量量子’組成，它們在空間中點狀分布稽屏，作為能量發(fā)射和吸收的最小單元扮宠，能量量子不可再分『疲”
這幾句話說得簡單而又清晰坛增，是量子理論誕生的真正宣言。請注意這段話一開始“在我看來”這幾個不同凡響的字眼薄腻，這不禁讓人聯(lián)想到收捣，達爾文在自己的筆記中以“我認為”這幾個字為開端來介紹他物種進化的偉大思想，而法拉第在其著作中第一次介紹電磁場這個具有革命意義的概念時庵楷，則提及自己“猶豫不決”罢艾。偉大的天才都懂得三思而行。
起初尽纽，愛因斯坦的這項成果被同行們當成笑柄咐蚯，他們認為這個年輕才子在信口開河。后來愛因斯坦就是憑借這項研究獲得了諾貝爾獎弄贿。如果說普朗克是量子理論之父的話仓蛆，那么愛因斯坦就是讓這一理論茁壯成長的養(yǎng)育者。
就像天下所有的孩子一樣挎春，量子理論長大以后就走上了自己的道路，后來愛因斯坦也不再承認這個孩子豆拨。在20世紀10-20年代直奋，丹麥人尼爾斯·玻爾（Dane Niels Bohr）引領了這一理論的發(fā)展，他了解到原子核內電子的能量跟光能一樣施禾，只能是特定值脚线，而更重要的是，電子只有在特定的能量之下才能從一個原子軌道“跳躍”到另一個原子軌道上弥搞，并同時釋放或吸收一個光子邮绿，這就是著名的“量子躍遷”。玻爾位于哥本哈根的研究所里攀例，聚集著20世紀最具天賦的年輕科學家們船逮，他們共同努力，試圖為原子世界中種種令人困惑的現(xiàn)象建立秩序粤铭，以期創(chuàng)立一個自洽的理論挖胃。
1925年，量子理論的方程終于出現(xiàn)了，取代了整個牛頓力學酱鸭。很難想象什么比這更偉大的成就了吗垮。霎時間，一切現(xiàn)象都找到了歸宿凹髓，一切都可以被計算出來烁登。這里只舉一個例子：你們記得元素周期表吧？就是門捷列夫的那個蔚舀。它把宇宙中可能出現(xiàn)的所有元素都列了出來饵沧，從氫元素到鈾元素，好多學校教室里都掛著這張表蝗敢。那么為什么偏偏是這些元素被列在表上呢捷泞？為什么元素周期表的結構是這樣的呢？為什么這些元素和周期會有這樣的特征呢寿谴？答案就是锁右，每一種元素都是量子力學最主要方程的一個解。整個化學學科都基于這一個方程讶泰。
率先為這個新理論列出方程的是一個非常年輕的德國天才——維爾納·海森堡（Werner Heisenberg）咏瑟，他所依據(jù)的理念簡直讓人暈頭轉向。
海森堡想象電子并非一直存在痪署，只在有人看到它們時码泞，或者更確切地說，只有和其他東西相互作用時它們才會存在狼犯。當它們與其他東西相撞時余寥，就會以一個可計算的概率在某個地方出現(xiàn)。從一個軌道到另一個軌道的“量子躍遷”是它們現(xiàn)身的唯一方式：一個電子就是相互作用下的一連串跳躍悯森。如果沒有受到打擾宋舷，電子就沒有固定的棲身之所，它甚至不會存在于一個所謂的“地方”瓢姻。
似乎上帝設計現(xiàn)實時沒有重重地畫上一筆祝蝠，而只是用點隱約描出了輪廓一樣。
在量子力學中幻碱，沒有一樣東西擁有確定的位置绎狭，除非它撞上了別的東西。為了描述電子從一種相互作用到另一種相互作用的飛躍褥傍，就要借助一個抽象的公式儡嘶，它只存在于抽象的數(shù)學空間，而不存在于真實空間恍风。
更糟的是社付，這些從一處到另一處的飛躍大多是隨機的承疲，不可預測。我們無法預知一個電子再次出現(xiàn)時會是在哪兒鸥咖，只能計算它出現(xiàn)在這里或那里的“概率”燕鸽。這個概率問題直搗物理的核心，可原本物理學的一切問題都是被那些普遍且不可改變的鐵律所控制的啼辣。
這是不是很荒謬啊研？愛因斯坦也這么認為。一方面鸥拧，他提名海森堡參選諾貝爾獎党远，承認其探究到了世界某些最本質的東西。但另一方面富弦，他只要一有機會就抱怨沟娱，說這實在太不合理。
哥本哈根那幫意氣風發(fā)的年輕科學家們非常沮喪：為什么偏偏是愛因斯坦反對他們呢腕柜？他們的這位精神之父济似，曾有勇氣思考那些別人想都不敢想的問題，如今卻退縮了盏缤，害怕這邁向未知世界的嶄新一步砰蠢，這條道路難道不是他親自開辟的嗎？為什么偏偏是愛因斯坦呢唉铜？是他教導我們時間并不是普適的台舱，空間是可以彎曲的，但現(xiàn)在他又說世界不可能如此荒誕離奇潭流。
玻爾耐心地給愛因斯坦解釋了這些新的想法竞惋，可愛因斯坦并不認同。為了證明這些新想法是自相矛盾的灰嫉，愛因斯坦設計出了一些思想實驗：“想象一個充滿光的盒子碰声，我們允許一個光子瞬間逃逸……”“光子盒”思想實驗就這樣開始了，這是他一系列著名例證中的一個熬甫。但最后玻爾總能成功駁斥愛因斯坦的觀點。通過演講蔓罚、信件往來和論文椿肩，兩位科學家的對話一直持續(xù)了好多年……在交流的過程中，兩位偉大的人物都不得不做出讓步豺谈，改變看法郑象。愛因斯坦不得不承認，這些新想法中并沒有自相矛盾的地方茬末；而玻爾也不得不承認厂榛，事情并沒有他最初想的那么簡單清晰盖矫。但是愛因斯坦并不愿意在最關鍵的地方做出讓步，他堅持認為確有獨立于相互作用之外的客觀存在击奶。而玻爾也堅稱新理論確定的這種全新又深刻的存在方式是有效的辈双。最后，愛因斯坦承認柜砾，量子理論是人類認識世界進程中的一個巨大進步湃望，但他還是堅信，事情不可能如此荒誕離奇痰驱，在這一切“背后”一定存在著一個更為合理的解釋证芭。
一個世紀過去了，我們還停在原點担映。量子力學的方程以及用它們得出的結果每天都被應用于物理废士、工程、化學蝇完、生物乃至更廣闊的領域中官硝。量子力學對于當代科技的整體發(fā)展有著至關重要的意義。沒有量子力學就不會出現(xiàn)晶體管四敞。然而這些方程仍然十分神秘泛源，因為它們并不描述在一個物理系統(tǒng)內發(fā)生了什么，而只說明一個物理系統(tǒng)是如何影響另外一個物理系統(tǒng)的忿危。這意味著什么呢达箍？是否意味著一個系統(tǒng)的真實存在是無法被描述的呢？是否意味著我們還缺少一塊拼圖铺厨？或者在我看來缎玫，是否意味著我們要接受“所謂的真實只不過是相互作用造成的”？
我們的知識在增長解滓，這毋庸置疑赃磨。我們可以做一些以前連想都不敢想的事情。知識的增長也開啟了新的問題洼裤、新的奧秘邻辉。在實驗室里運用量子力學方程的人通常不太關心這些方程本身的問題，然而近幾年腮鞍，越來越多的物理學家和哲學家在論文中和會議上持續(xù)探討這個問題值骇。量子理論誕生至今已有一百多年，但它究竟是什么呢移国？是對世界本質的一次非同凡響的深刻探究吱瘩？是僥幸靈驗的一個美麗錯誤？是不完整謎團的一部分迹缀？還是關于世界結構這樣艱深問題的一個線索使碾，只是我們目前還消化不了蜜徽？
愛因斯坦去世的時候，玻爾——他最強勁的對手——表達了對他的敬仰之情票摇，感人至深拘鞋。幾年后，當玻爾也去世的時候兄朋，有人拍下了他書房黑板的照片掐禁。黑板上畫著一幅圖，是愛因斯坦思想實驗中那個“充滿光的盒子”颅和。直到生命的最后一刻傅事，他仍在挑戰(zhàn)自己，仍然想要知道得更多峡扩。直到最后一刻蹭越，他仍未停止懷疑。