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第二节 量子理论与硅革命

我们的任务不是去发现一些别人还没有发现的东西，而是针对所有人都看见
的东西做一些从未有过的思考。
——埃尔温·薛定谔

20 世纪初，量子理论诞生，让我们对物质的微观世界有了颠覆性的认识。
尽管量子理论诞生只有 100 多年，但是它帮助我们平息了一场 17 世纪的科学

争论，即光的本质问题。牛顿主张光是一束粒子流，荷兰物理学家惠更斯则提出
光是一种波动形式。1801 年，英国物理学家托马斯·杨证实：两束光相遇时，会
形成一系列明暗相间的条纹，被称为“干涉条纹”。干涉现象是波的特性，托马斯·杨
由此得出光以波动形式存在的结论。1921 年，爱因斯坦因解释了“光电效应”而
获得了诺贝尔物理学奖。爱因斯坦发现光是由一个个类似“能量包”的粒子组成。

量子理论诞生于 20 世纪 20 年代，由海森堡、薛定谔、狄拉克等一批物理学
家共同创立。量子力学成功解释了光子、电子、原子、原子核等微观粒子的行为。
但是这个解释也有前提，那就是光子、电子等粒子按照量子力学方式进行运动。

这些微观粒子的运动可以使用“概率波”的演变进行描述。薛定谔发现了用来描
述量子对象概率波对事件变化的波动方程，大家熟悉的“薛定谔的猫”的比喻对
此进行了形象的描述。
但爱因斯坦不接受量子力学的概率解释。概率是什么？概率可以定义为对事

物不确定性的描述。但在经典物理学的框架中，不确定性来自我们掌握的知识的
匮乏，是由于我们掌握的信息不够，或者没有必要知道那么多。例如，向上掷出
一枚硬币，再用手接住时，硬币的朝向似乎是随机的，可能朝上，也可能朝下。
但按照经典力学的观点，这种随机性是因为硬币运动不易控制，从而使我们不了

解（或者不想了解）硬币从手中飞出去时的详细信息。如果我们对硬币飞出时每
个点的受力情况知道得一清二楚，然后求解宏观力学方程，就完全可以预知它掉
下来时的方向了。换言之，经典物理认为，在不确定性的背后，隐藏着一些尚未
发现的“隐变量”，一旦找出了它们，便能避免任何随机性。或者说，隐变量是

经典物理中概率的来源。1935 年，爱因斯坦针对他最不能理解的量子纠缠现象，
与两位同行共同提出著名的爱因斯坦 - 波多尔斯·罗森（Einstein-Podolsky-Rosen，
EPR）佯谬，试图对概率解释做出挑战，希望能找出量子系统中暗藏的“隐变量”。
令人遗憾的是，许多次实验的结果并没有站在爱因斯坦一边。反之，实验的结论

一次又一次地证实了量子力学计算结果的正确性。
实际上，虽然量子力学强调概率和不确定性，但是它是唯一有能力对原子或

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