我们真的生活在一个量子世界中吗？

根据国外媒体的报道，让我们面对现实吧，量子力学确实令人困惑。我们所知的所有物理定律在量子领域都被打破了，物理学家仍在试图调和量子和宏观这两个不同的世界。

想象一下把一个粒子放进盒子里。根据经典物理学(和常识)，粒子应该永远留在盒子里。但是在量子力学中，这个粒子可能会在你下次看到它时跳出盒子。在经典思维中，我们可以精确地测量任何物体的动量和位置，但在量子世界中却不是这样。你对一个物体了解得越多，对另一个物体了解得就越少。物体是波还是粒子？根据经典观点，你可以或者只能选择一个；但是如果是量子力学，两者都是可能的。

量子世界很难理解，但在某种程度上，亚原子规则将让位于宏观规则。发生什么事了？我们不确定找到这个问题的答案是一个漫长而奇怪的旅程。

物理学家尼尔斯·玻尔是第一个给量子世界贴上有用标签的人。20世纪初，世界各地的科学家开始意识到原子和亚原子系统的奇怪和意想不到的行为。经过几十年的努力，他们发现一些属性，如能量，以称为量子的离散能级包的形式出现。物理学家开始试图用数学基础来解释这些实验，但是没有人能发展出一个完整和一致的框架。波尔是第一个尝试这种方法的人。尽管他没有提供一个完整的量子力学理论，但他奠定了一些重要的基础，提出了一些后来成为现代量子理论基石的理论。

第一个理论来自他早期建立原子模型的尝试。在20世纪20年代，物理学家通过各种实验已经知道，一个原子是由一个重的、致密的、带正电荷的原子核组成的，周围环绕着一群微小的、轻的、带负电荷的电子。我们还知道原子只能吸收或发射特定能量的辐射。

但是原子是什么样的呢？

玻尔把电子放在围绕原子核的“轨道”上，以高密度绕着原子核跳华尔兹，就像太阳系中的行星一样。在真实的太阳系中，行星可以存在于不同的轨道上，但是在玻尔的原子中，电子停留在非常狭窄的轨道上——它们只有预定的轨道距离。

通过将电子从一个轨道跳跃到另一个轨道，原子可以接收或发射特定能量的辐射，从而编码其量子本质。

量子力学与经典物理的联系

在此基础上，玻尔又增加了一个有趣的转折点。有许多可能的方法来建立原子的量子模型，那么他为什么要这样做呢？玻尔发现，当电子在远离原子核的轨道上运动时，它们的量子属性消失了，经典电磁学可以完美地描述原子——两个带电粒子。

这被称为对应原理，也是玻尔用来支持他的原子模型的基础。你可以提出任何你想要的量子理论，但是正确的理论是那些在某些限制下让位于经典物理的理论。在玻尔的原子模型中，这个限制是电子必须远离原子核。

玻尔的原子模型是不完整的，后来被迄今为止一直使用的价电子层模型所取代。然而，玻尔的对应原理仍在发挥作用，并已成为所有后续量子理论的基石——它是一座灯塔，使物理学家能够构建和选择正确的数学方法来描述亚原子世界。

玻尔没有就此止步。他认为，尽管这个对应原理允许量子世界和经典世界建立联系，但这两个世界并不相同。

当玻尔对这一切感到困惑的时候，他的好朋友维尔纳·海森堡提出了他的测不准原理，这一原理即将出名。当你试图测量一个微小粒子的位置时，你将失去它的动量信息。相反，当你试图确定它的动量时，你将对它的位置一无所知。

玻尔采纳了这个想法并付诸实践。他认为海森堡的测不准原理是量子世界更大维度的一部分，也就是说，一切都是成对的。想想量子世界中最著名的一对:波和粒子。在经典系统中，物体要么是纯波，要么是纯粒子。你可以在它们之间进行选择来对某些行为进行分类，但是在量子力学中，这两种属性是成对存在的:所有的物体都是粒子和波，并且总是表现出两者的一些属性。

此外，本质上，量子规则依赖于概率——平均来说，量子力学只能再现经典物理。基于这两种观点，玻尔认为量子理论永远无法解释经典物理。换句话说，原子和其他粒子遵循一套规则，而火车和人则遵循另一套规则。它们可以而且必须通过对应原则联系在一起，但是除此之外，它们过着独立的平行生活。

波尔是对的吗？一些物理学家认为我们从根本上生活在一个量子世界，但我们仍然没有完全理解这个原理，我们可以从纯量子规则中复制经典物理，而另一些人认为玻尔已经解决了这个问题，我们不需要再讨论它。当然，大多数人只沉浸在数学模型中，并不太注意它们。然而，这仍然是一个值得思考的问题。