从这里开始

量子力学有着与经典力学有着完全不同的理论基础，以其难懂、晦涩但神奇的姿态出现在我们面前。量子力学描述的微观粒子有着奇特的现象和性质，这些现象和性质都已在实验中观测得到，但其中一些现象的具体解释则有争论，甚至于量子力学的基础都存在争论。哥本哈根学派认为粒子的量子态是不可确定的，是有几率的，即粒子具体处于什么样的量子态是随机的。粒子可能处于A量子态，也有可能处于B量子态，其几率是可以通过著名的薛定谔方程计算。这个观点也是目前量子力学的主流观点，大学中的量子力学教学亦采用此观点。但爱因斯坦则认为粒子的具体状态是可以通过理论得到的，只不过我们没有关于粒子的足够信息，因此无法判定粒子的状态而已。也就是说爱因斯坦的观点是决定论的观点，正如其所说：上帝不会和我们掷骰子。量子力学描述的微观粒子有着与宏观物体完全不同的奇异现象和性质，其中很多是与我们的直观感觉相冲突的，如不确定性，波粒二象性，量子纠缠等等，而很多电影中常出现的新奇词汇也是来自于量子力学，如虫洞、分裂的宇宙，等等。

本文整理并罗列了一些奇异的量子现象，但正如前文所述，很多现象的解释存在争论，因此本人对解释持保留观点，而本文也基本上停留在对客观事实的陈述上。

1. 硬币的正反面 — 不确定原理

量子力学最广为人知的效应之一即为不确定效应。在经典力学中，物质的位置和动量是可以同时准确测得的。然而在量子力学中，粒子的位置和动量则不可同时准确测得，两者的测量必然有着误差，而两者误差的乘积则必须大于一个常数（0.5倍的普朗克常数）。这意味着1. 不论是粒子的位置还是动量都不可能完全准确，若是完全准确意味着误差为零，则乘积必然为零；2. 当我们将位置测的非常准确时，其动量的测量的误差就会非常大，反之亦然。这就意味着，我们在测量的时候必须有所选择，如果我们想较为准确的测量粒子的位置，则必须牺牲关于粒子动量的测量精度；而如果想得到粒子动量的准确信息，我们就不知道粒子飞到哪里了。就如同放在桌子上的硬币两面一样，我们只若要看其中一面，另一面必然看不到。

 2. 您认为我是谁— 波粒二象性

波动性和粒子性的讨论起源于惠更斯和牛顿的光的本质之争，前者认为光是波而后者认为光是由粒子组成的。光的波粒之争一直持续到近代，直到量子力学的建立，指出光同时具有波动性和粒子性的特征。而德布罗意更是指出，不止光具有波粒二象性，所有物质都具有类似的特性。现代的量子力学认为，微观粒子都具有波粒二象性。而最引人入胜的波粒二象性实验则是电子双缝干涉实验。 双缝实验的实验大概是这样的，把一束相干的电子束照射到一个有两条平行狭缝的平板上，平板后有一个接收屏以显示到达接收屏的电子的位置。双缝实验的结果显示电子在接收屏上显示出类似光的干涉条纹。这意味着到达接收屏的电子分布具有某种统计特性。然而当我们一个一个电子的发射时，当时间足够长时，同样会在接收屏上观察到同样的干涉条纹。这说明电子的干涉现象不是大量电子的某种统计行为，而是电子本身的某种内禀属性。

然而当我们试图发现电子到底是从哪个“缝”通过时，奇特的事情发生了。我们在两个缝各放一个探测器，如果有电子通过，探测器则会提示我们，这样我们就可以确定电子的路径。我们的确可以得到电子的路径，但后果是电子的衍射条纹消失了。而如果我们使用探测器探测一半的电子，而在使用另一半电子的时候拆除探测器，电子的干涉条纹又出现了。也就是说，当我们观察电子的粒子性是（观测其路径），电子完全表现出粒子的特性而没有波动性。而当我们观察其波动性时（双缝干涉实验），电子就表现出波动性。或者可以理解为，电子表现出什么样的性质取决于我们如何观察它！

电子双缝实验还有几个变种，如量子擦除实验和延迟选择实验。

3. 量子擦除实验

1982年，物理学者马兰.史库里（Marlan Scully）与凯.德鲁（Kai Drühl）最先提出量子擦除实验的点子，他们表明，假设测得粒子的路径信息，则观察不到干涉图样，不管是否搅扰到粒子，但是，假设能够用某种方法擦除路径信息，则干涉图样又可被观察到。1911年，史库理、柏投.恩格勒（Berthold Englert）与赫伯.沃尔特（Herbert Walther）给出实现这实验的方法。后来，物理学者又设计出很多种不同的量子擦除实验。

实验分为三个阶段。第一阶段，使用非线性BBO晶体产生纠缠光子对，纠缠的光子对的量子态是纠缠在一起的，即若一个光子的量子态改变了，另一个随之改变。自光子对产生起，它们就具有不同偏振态，沿不同方向传播。沿下路径传播的光子会遇到双缝，使用灵敏的探测器可以扫出这些光子的干涉图样。

第二阶段，在下路径上插入四分之一波片。这样任何通过缝A的光子将会被改变为顺时针或逆时针的圆偏振，任何通过缝B的光子的则具有相反方向的圆偏振。当探测设备在先前的移动范围内重新扫过，可以发现探测结果不再相同 - 干涉条纹消失 - 即，任何标记了光子路径的行为都会破坏干涉条纹。

第三阶段，下路径不作变动，将一个起偏器插入到上路径，使得任何通过下路径的纠缠光子对的偏振方向也受到影响。因为上路径的光子的偏振方向发生变化，下路径光子的偏振状态也会改变。通过对上路径上起偏器选择合适的偏振角，令下路径上刚好有一半的光子具有相同的偏振方向。一旦它们有相同的偏振态，它们可以再次彼此干涉，或者从另一个角度来看，已经没有标记指明哪个通过缝A，哪个通过缝B。

4. 结果决定原因— 延迟实验

“延迟实验”是由爱因斯坦的同事约翰.穆勒提出的，1979年为纪念爱因斯坦诞辰100周年而在普林斯顿召开了一场讨论会，会上约翰·惠勒提出了“延迟实验”的构想，惠勒通过一个戏剧化的思维实验指出，对电子的双缝干涉进行了进一步思考，并指出我们可以“延迟”电子的决定，使得它在已经实际通过了双缝屏幕之后，再来选择究竟是通过了一条缝还是两条。此种说法震惊当时的学术界。

1. 一个光子（或者一个其他量子单位）被向双缝发射。

2. 此光子不被观察地从双缝中穿过，逻辑上，或者穿过双缝中的一个，或者穿过另一个，或者穿过两个。为了得到干涉图样，我们假设有某种东西一定穿过了双缝；为了了解粒子的分布情况，我们假设此光子一定穿过了双缝中的一个。无论此光子怎样运动，它都被假定在穿过的时候只穿过一个缝。

3. 在穿过缝之后，光子就会朝着后墙飞去。

4. 在后墙上，我们有两种分别的方法来探测此光子。

5. 第一，我们有一个测量屏幕（或者其他可以测量光子打击到后幕上的水平位置，但是却不能区分光子从哪个方向飞过来的探测系统）。这个测量屏幕可以移动，并且它还可以很快速的移动，即它可以在光子通过狭缝之后但是接触到后幕之前快速移动，即光子在穿过双缝移动时测量屏幕就可以进行相应移动已测量光子。或者，测量屏幕可以适当地离开。这种离开是实验者的决定，这个决定直到光子已经通过狭缝后才被作出。

6. 一旦我们屏幕被去掉（此处的去掉不是屏幕的移动，而是在光子已经穿过狭缝时我们决定不使用屏幕，而是改用测量镜头），那么我们启动两个观测镜头。镜头紧密地聚焦，观察，观测两个狭缝之一之后的狭小空间。左边的镜头观测左边的狭缝，右边的镜头观测右边的狭缝。（在这里镜头的作用是确保如果此光子全部或者部分地从观察狭缝穿过时，你通过相应的镜头观测此狭缝的时候，你就会看见亮光，这样的话你就得到了关于光子究竟通过那个狭缝的信息。）

现在光子已经穿过双缝了。此时，继续使用测两屏幕进行光子干涉实验---我们仍可以选择适当移动测量屏幕，在此情况下，我们不知道光子穿过的是那条狭缝。

改用测量镜头测量光子的粒子行为----或者我们选测去掉测量屏幕。如果我们这样做就会立即启动测量镜头，我们将会预计在左右两个镜头之一之中会有亮光，（或者两个镜头都会同时看见，但是我们预计这种情况不会发生）为什么?因为此光子必须通过或者左边，或者右边，或者两边的狭缝进入区域3。这就是所有的可能性。当我们通过镜头观察双缝，必定或看到以下情况之一:

在左边的镜头中有亮光，而右边的镜头没有，这表明了光子穿过左边的狭缝。

在右边的镜头中有亮光，而左边的镜头没有，这表明了光子穿过右边的狭缝进。

两边的镜头同时都有半强的亮光，这表明了光子同时从双缝穿过。

基于对观测屏幕的观察，量子力学告诉我们得到了什么：其图案与由两列对称波分别通过各自狭缝所造成的干涉图像极其相似。

基于对镜头的观察，量子力学告诉我们得到了什么:其完全相似于粒子从源处过来，通过这个或者那个狭缝，形成的亮光，并且在镜头中被我们观察到了。

考虑不同的实验观测方式造成的不同结果—在光子已经穿过狭缝时，如果我们决定适当地移动测量屏幕，则我们会得到光子的波动性质的结论。；另一方面，如果我们此时去掉测量屏幕而改用测量镜头的话，我们就会得到光子的粒子效应的结论。

5. 微观态和宏观态的思维实验 — 薛定谔的猫

量子力学现象为何与宏观不同？微观粒子的不确定性又如何过渡到宏观物体的确定性上呢？这是量子物理学家们一直讨论的问题之一。有人说量子态的随机性是由于微观粒子过小难以测量的话，这种说法貌似是有道理的。但有人提出了一个将微观态映射到宏观的思维实验，即所谓薛定谔猫的实验。实验设置大概是这样的，取一个原子，名字暂且叫A吧，它有两种量子态，1和2。原子A有二分之一的几率处于量子态1，二分之一的几率处于量子态2。把它放到检测室中，室中有检测装置探测原子A的量子态。而检测室的另一边连着一个毒气室，毒气室中存放着储满毒气的毒气瓶，而毒气瓶旁边有一只无辜的猫。如果原子A处于量子态1，检测信号被发送到毒气室中打开毒气瓶，无辜的猫就会被毒死。而如果原子A处于量子态2，那么什么都没有发生，小猫仍旧活着。假如毒气室是不透光的，我们无法看到里面小猫的状态，那么在某一时刻，小猫是死了还是活着呢？

量子力学认为微观粒子的量子态是叠加的，即某时刻粒子的状态为叠加的，既处于态1，也处于态2，那么作为宏观映射的猫的状态就非常让人费解了。小猫到底是生？是死？难道是生与死的叠加态么？关于这个问题有多种解释，如所谓的量子退相干，多重宇宙解释等等，但尚未有定论。

6. 我和我的兄弟 — 量子纠缠

量子纠缠效应是指，同一来源的两个粒子（比如从同一原子衰变的两个粒子），不论相距多远，两者存在着一种纠缠态，即当一个粒子受到扰动从而改变状态时，另一个粒子同时改变其状态。而这种感知是瞬时的，超光速的，因此违背了狭义相对论。量子纠缠效应超越了我们生活的4维时空，不受4维时空的束缚，是非局域的，这可能暗示着粒子之间有某种深层次的联系。

量子非局域性表明粒子具有整体性，意指属于一个系统的粒子即便被分开非常远的距离，当一个粒子甲受到扰动时，其他的粒子（乙，丙，丁等）就有相应的反应。这种反应超越了我们所在的4维时空，不需要某种信号（指符合相对论的，光速的信号）传递到另外的粒子那里，它们立刻就会有反应。这说明被分离的粒子并非看起来是不相关的，而是存在某种内在联系。