我們認(rèn)為量子粒子很奇怪的主要問(wèn)題是將量子粒子視為經(jīng)典粒子而它們的行為卻表現(xiàn)得非常非經(jīng)典。（或者，問(wèn)題是將量子粒子視為 " 物體 "，這個(gè)叫法是邁克爾 · 布魯克斯（Michael Brooks）首先提出的。）許多量子性帶來(lái)的 " 怪異 " 例子都源于這一事實(shí)——至少是量子力學(xué)多種不同的詮釋帶來(lái)了這些怪異性。然而，無(wú)論量子物理學(xué)家處理的是什么，需要量子物理描述的物體都不等同于經(jīng)典物體，甚至不等同于或類似于塵埃、沙子或玻璃這些事物。

量子粒子相比我們平時(shí)看到的經(jīng)典粒子要小得多，小到讓人難以置信。正因?yàn)槿绱耍瑤缀酰ㄓ?Philip Ball 的話說(shuō)）" 在量子尺度上，一切都是不同的 "（也就是說(shuō)，不僅僅是奇怪的）。這意味著使用 " 物體 "、" 粒子 " 等經(jīng)典物理語(yǔ)境中的詞匯是有問(wèn)題的。甚至量子力學(xué)中的 " 波 " 這個(gè)詞也常常會(huì)誤導(dǎo)人。這主要是因?yàn)榱孔硬ê瘮?shù)僅僅是由方程表示的數(shù)學(xué)對(duì)象——嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，它們并不完全對(duì)應(yīng)于對(duì)現(xiàn)實(shí)的描述。

更具體地說(shuō)，如果粒子是波，那么波的干涉就沒(méi)有那么奇怪了，波的疊加也沒(méi)那么奇怪。（也就是說(shuō)，將量子的 x 視為波也是有問(wèn)題的——正如剛才所述。）

從技術(shù)上講，量子 x（即尚未命名的東西，由于沒(méi)有合適的詞匯，暫且用字母表示）和量子 y 會(huì)發(fā)生相互干涉——就像海洋上的波浪一樣。因此，當(dāng)量子 x 和量子 y 干涉時(shí)，它們會(huì)相互疊加在一起。當(dāng)然，經(jīng)典物體不能與另一個(gè)經(jīng)典物體相互干涉——至少不能以和量子物體之間相同的方式干涉。經(jīng)典 x 和經(jīng)典 y 也不能處于疊加狀態(tài)。

然而，我們?cè)谶@里談?wù)摰牟皇墙?jīng)典物體，甚至不是經(jīng)典粒子！

因此，為什么量子 x 的行為不像經(jīng)典物體，甚至不像經(jīng)典粒子呢？反之，如果一個(gè)經(jīng)典物體表現(xiàn)得像一個(gè)量子 x，也會(huì)顯得很奇怪。但這并沒(méi)有發(fā)生。很多人之所以認(rèn)為量子現(xiàn)象很奇怪，主要是因?yàn)樗麄儼阉鼈儺?dāng)作經(jīng)典現(xiàn)象看待，但它們的行為卻非常非經(jīng)典。實(shí)際上，我們只有以量子方式表現(xiàn)的量子現(xiàn)象——正如經(jīng)典現(xiàn)象以經(jīng)典方式表現(xiàn)一樣。

當(dāng)邁克爾 · 布魯克斯使用 " 單個(gè)正核電荷，或者說(shuō)質(zhì)子 " 這個(gè)詞時(shí)，他再次向我們展示了 " 粒子 " 這個(gè)詞的問(wèn)題。這里我們肯定可以得出一份定義，也就是：

質(zhì)子 =（單個(gè)）正核電荷

因此，在這種情況下，粒子只是一個(gè)正電荷。現(xiàn)在，正（或負(fù)）電荷很難是粒子狀的——至少當(dāng)它孤立存在時(shí)是這樣的，因?yàn)樗鼈兛偸潜憩F(xiàn)出波的特征。即使一個(gè)質(zhì)子（或另一種粒子）還包含除了電荷之外的其它特性（如自旋、質(zhì)量、大小等），" 粒子 " 這個(gè)詞似乎仍然不太合適 …… 但也很有用！

如果我們回到量子物體是波這個(gè)描述，一種展現(xiàn)這種描述的不合理之處的方法（在許多方法中）是闡明富勒烯分子（由 60 個(gè)碳原子組成）的德布羅意波長(zhǎng)。富勒烯是一個(gè)巨大的量子 " 物體 "，尺寸大約是米，或者說(shuō)是萬(wàn)億分之一米！這究竟與海洋上的波浪或任何其他類型的經(jīng)典（或宏觀）波浪有什么關(guān)系呢？

下面的討論盡可能接近量子力學(xué)中的經(jīng)典粒子。

當(dāng)波變成粒子時(shí)

正如已經(jīng)提到的的，當(dāng)兩個(gè)量子波相遇時(shí)，它們會(huì)發(fā)生疊加。該疊加是任意給定位置的兩列波的加和。此外，這個(gè) " 加和 " 可以比兩列波單獨(dú)存在時(shí)表現(xiàn)得更像粒子。（這與馬克斯 · 玻恩在 20 世紀(jì) 20/30 年代的立場(chǎng)大致一致——詳見(jiàn) " 玻恩法則 "）。這種類似粒子的東西是兩個(gè)或多個(gè)量子波疊加的結(jié)果。換句話說(shuō)，如果你把一個(gè)波谷和另一個(gè)波谷放在一起（或者把一個(gè)波峰和另一波峰放在一起），那么你會(huì)得到類似粒子或?qū)嶓w的東西。換言之，當(dāng)波被擠壓、融合或混合在一起時(shí)，它會(huì)變得更像一個(gè)堅(jiān)硬的實(shí)體 ……

當(dāng)然，所有這些詞語(yǔ)和描述在本質(zhì)上都是類似的！

換言之，我們?nèi)匀辉谶@里使用 " 波 " 和 " 粒子 "（以及 " 波谷 " 和 " 波峰 "，更不用說(shuō) " 擠壓 "、" 融合 " 和 " 混合 "）這兩個(gè)詞。這主要是因?yàn)槲覄e無(wú)選擇，所以只能這么做。

事實(shí)上，所有這些詞都屬于量子力學(xué)的解釋。這意味著，在解釋量子力學(xué)時(shí)，簡(jiǎn)單地使用單調(diào)的變量 x、y 等并沒(méi)有多大幫助。當(dāng)然，這對(duì)任何有興趣的外行都沒(méi)有幫助。

煙霧巨龍的身體

盡管文章開(kāi)頭引用了邁克爾 · 布魯克斯的一段話，但他在同一本書的其他地方還寫道：

玻爾認(rèn)為，薛定諤波動(dòng)方程背后的終極實(shí)體既不是波，也不是粒子，因此它無(wú)法用我們能處理的任何術(shù)語(yǔ)來(lái)描述。

當(dāng)然，布魯克斯僅僅引述尼爾斯 · 玻爾的言論并不意味著他同意玻爾的觀點(diǎn)。盡管如此，玻爾確實(shí)提出了一個(gè)需要解決的問(wèn)題——即使人們不需要接受他的整體立場(chǎng)或解釋。（許多人確實(shí)不同意玻爾的觀點(diǎn)——尤其是阿爾伯特 · 愛(ài)因斯坦和后來(lái)的大衛(wèi) · 玻姆等物理學(xué)家。）

約翰 · 惠勒（John Archibald Wheeler，1911 —— 2008）

美國(guó)理論物理學(xué)家約翰 · 阿奇博爾德 · 惠勒也研究了這些問(wèn)題，或者至少是類似的問(wèn)題。他用 "煙霧巨龍" 的形象來(lái)表達(dá)他的觀點(diǎn)。他指出，在實(shí)驗(yàn)輸入和實(shí)驗(yàn)輸出（或觀察）之間，" 我們無(wú)權(quán)談?wù)摯嬖谑裁?"。因此，像 " 粒子 " 和 " 波 " 這樣的詞自然會(huì)受到懷疑——至少在這兩個(gè)詞用于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中時(shí)（即，假設(shè)的龍的身體的 " 真實(shí)性 "）是這樣的。

因此，在輸出之前（即，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)或觀察之前存在和發(fā)生的情況）將量子 x 描述為 " 粒子 " 或 " 波 "，與在實(shí)驗(yàn)或觀察輸出之后以這種方式描述量子 x 之間存在區(qū)別。然而，即使已經(jīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)（或觀察），也就是當(dāng)量子波函數(shù)已經(jīng) " 塌縮 " 時(shí)，使用這些經(jīng)典詞匯可能仍然有問(wèn)題。

再次引用玻爾的話。根據(jù)布魯克斯的說(shuō)法，玻爾認(rèn)為

一旦進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量的類型將決定我們可以看到什么。

更重要的是，

例如，如果你使用一種儀器來(lái)檢測(cè)某個(gè)物體在空間中的位置，你會(huì)看到在空間中有明確位置的物體——也就是我們稱之為粒子的實(shí)體。

這里的重點(diǎn)是，使用 " 粒子 " 一詞來(lái)指代龍身體上的東西，以及指代在 " 儀器檢測(cè)到物體的空間位置 " 之后的東西，都是可疑的。所以這個(gè)（本體的？）x 不僅不是測(cè)量或觀察之前的粒子，也不是測(cè)量（或觀察）之后的粒子。

總而言之：經(jīng)典的 " 粒子 " 一詞在所有量子情況下都是有問(wèn)題的。

注：

如果將量子粒子視為粒子（或物體）是有問(wèn)題的，那么把原子看成粒子也是有問(wèn)題的。

也許一個(gè)原子根本不能被視為一個(gè) " 物體 "。畢竟，如果氦原子的原子核被視為檸檬大小，那么該原子的邊緣（由其電子的外層軌道定義）的直徑將為 2.5 英里。因此，按比例來(lái)說(shuō)，原子核與整個(gè)原子極其不成比例。原子中的每個(gè)電子相比它所屬的原子更是小得令人難以置信。（相當(dāng)于直徑為 2.5 英里的圓上點(diǎn)了一個(gè)點(diǎn)。甚至更小！目前還沒(méi)有關(guān)于電子大小的準(zhǔn)確說(shuō)法。）

當(dāng)然，大多數(shù)甚至所有（經(jīng)典）實(shí)體也由一個(gè)個(gè)的元素原子構(gòu)成，因此這本身沒(méi)有問(wèn)題。