115年前的12月12日，马可尼收到横跨大西洋、人类史上第一个无线电信号的那一天。

似乎什么都没有改变。

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明明可以靠脸吃饭，却偏要搞无线通信

包括马可尼自己，当时没有人能够想象，在接下来的一百多年，通信会把世界变成什么样子。

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2016年8月16日，世界第一颗量子通信卫星 “墨子号”从酒泉发射的那一天。

就像当年的马可尼一样，我们也无从想象，未来的量子计算与量子通信，终将带来一个怎样的魔法时代。

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绝对安全的信息传输?

智商秒杀全人类的人工智能?

瞬移、穿越不再是科幻?

潘建伟教授的量子通信卫星上天了。5年后，人人都会用无法破解的加密网络刷信用卡。你还觉得量子理论是象牙塔里的黑科技，和你的生活毫无关系?

让我们先从神秘的量子理论开始

解密量子通信卫星

上篇：魔法时代

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如果你完全不懂量子力学，请放心大胆地往下看，我保证不用任何公式就能让你秒懂，连1+1=2的幼儿园数学基础都不需要。

如果你自以为懂量子力学，请放心大胆地往下看，我保证你看完会仰天长叹：

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正如量子力学大师兼泡妞大师费曼所说：

没有人懂量子力学。如果你觉得懂了，那肯定不是真懂。

在烧脑、反直觉和毁人三观方面，没有任何学科能够和量子力学相比。

如果把理工男最爱的大学比作霍格沃兹魔法学校，那么唯一和量子力学专业相提并论的，只能是黑魔法。

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然而，量子理论之所以如此神秘，并不是因为物理学家的故弄玄虚。

其实，在量子理论刚诞生的摇篮时期，它只是一种研究电子、光子之类小玩意的、人畜无害的学科。

而“量子”这个貌似高大上的名字，本意不过是指微观世界中“一份一份”的不连续能量。

这一切，都源于一次物理学的灵异事件。

百年战争

20世纪初，物理学家开始重点纠结一个纠结了上百年的问题：

光，到底是波还是粒子?

粒派

所谓粒子，可以想象成一颗光滑的小球球。

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每当你打开手电，无数光子就像出膛的炮弹一样，笔直地射向远方。

很多著名科学家(牛顿、爱因斯坦、普朗克)做了很多权威的实验，确凿无疑地证明了光是一种粒子。

波派

所谓波，就像往河里扔块石头，产生的水波纹一样。

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如果把光看做是一种波，可以完美解释干涉、衍射、偏振等经典光学现象。

很多著名科学家(惠更斯、杨、麦克斯韦、赫兹)做了很多权威的实验，确凿无疑地证明了光是一种波，电磁波。

可问题是，波和粒子毕竟是两种截然不同的东西啊?!

1、粒子可分成一个一个的最小单位，单个粒子不可再分;波是连续的能量分布，无所谓“一个波”或者“两个波”;

2、粒子是直线前进的，波却能同时向四面八方发射;

3、粒子可以静止在一个固定的位置上，波必须动态地在整个空间传播

波与粒之间，存在着不可调和的矛盾。

于是自古以来，塞伯坦星上的科学家就分成两派：波派和粒派，两派之间势均力敌的百年撕逼战争从未分出胜负。

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很多人问我：

科学家为什么要为这种事情势不两立?

大家搁置争议、共同研究不就得了?

为了一个字：信仰。

千面之神

我且问你：《权力的游戏》中，信奉七神的维斯特洛人民，为何要与信奉旧神的关外野人拼个你死我活?

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自古以来，人们为了信仰争端大开杀戒，早已不足为奇。

唯一的和谐社会可能是古希腊：他们的神多达百八十号，有管天上、管地下还有管啪啪啪，各路神仙各司其职，倒也井水不犯河水。

人称：希腊众神。

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不要被图骗到了，要全画出来那可是神山神海

要命的是，科学家信仰的神只有一个，而且是放之宇宙而皆准的全能大神。

这位神祗的名字

叫做真理

大到宇宙的诞生，小到原子的运转，科学家相信，这个世界的万事万物都是基于同一个规律，可以用同一个理论、甚至同一套方程解释一切。

比如，让苹果掉下来把牛顿砸晕的是万有引力，让月亮悬在空中掉不下来的也是万有引力。

用同一个方程，既能算出地球的质量，也能让马斯克的猎鹰九号火箭上天，这就是科学的威力。

一个宇宙、两种规律?

对不起兄弟，别在科学界混了，您可以去跳个槽，比如竞选总统。

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当然，没有谁敢自称真理代言人，就连牛B顿谦虚起来都是这样滴：

我只是一个在海滩上捡贝壳的孩子，而真理的大海，我还没有发现啊!

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就算是捡贝壳，捡的多了，说不定拼到一起就能窥见真理之神的全貌呢!

整个科学史，就像集卡拼图的过程。做实验的每发现一个科学现象，搞理论的就绞尽脑汁推测它背后的运行规律。

不同领域的大牛把各方面的知识、理论慢慢拼到一起，真理的图像就渐渐清晰。

在20世纪初，光学的知识储备和数学理论越来越完善，大家觉得，这一块的真相总算有希望拼出来了——结果却发现，波派和粒派的理论早已背道而驰，还各自越走越远。

就好比你集了一辈子卡片，自以为拼得差不多了，这时突然发现，你拼出的图案居然和别人是不一样的，而且差的不是一点点!

是不是有种把对方连人带图砸烂的冲动?

当时波派和粒派都坚信，自己手上的拼图，才是唯一正确的版本。

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双方僵持不下直到1924年，终于有人大彻大悟：

波 OR 粒，为什么不能两者都是?

也许在某些时候，粒子看起来就像是波;在另一些时候，波看起来就像是粒子。波和粒如同阴阳一般相生相克，就像一枚硬币的正反两面(波粒二象性)，只不过我们一直以来都在盲人摸象、各执一词。

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谁说方圆不能兼容并蓄?

真理确实只有一个，但是真理的表现形式，会不会有多个版本?

难道真理就是那个千面之神，用千变万化的面目欺骗了我们如此之久?

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猜猜我是谁

灵异实验

是波、是粒、还是波粒二象，大家决定，用一个简单的实验来做个了断：

双缝干涉

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双缝，顾名思义，就是在一块隔板上开两条缝。

用一个发射光子的机枪对着双缝扫射，从缝中漏过去的光子，打在缝后面的屏上，就会留下一个光斑。(等效于1961年电子双缝干涉实验)

在实验之前，科学家的推测如下：

第一种可能

如果光子是纯粒子，那么屏幕留下两道杠。

光子像机枪发射的子弹一样笔直地从缝中穿过，那么屏幕上留下的一定是2道杠，因为其它角度的光子都被板挡住了。

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第二种可能

如果光子是纯波，那么屏幕留下斑马线般的一道道条纹。

光子穿过缝时，会形成2个波源。两道波各自震荡交汇(干涉)，波峰与波峰之间强度叠加，波峰与波谷之间正反抵消，最终屏幕上会出现一道道复杂唯美的斑马线(干涉条纹)。

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第三种可能

如果光子是波粒二象，那么屏幕图案应该是以上两种图形的杂交混合体。

总之，

两道杠 = 粒派胜

斑马线 = 波派胜

四不像 = 平局

是波是粒还是二合一，看屏幕结果一目了然。

无论实验结果如何，都在我们的预料之中。

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第一次实验：把光子发射机对准双缝发射

结果：标准的斑马线

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根据之前的分析，这证明光子是纯波。OK，实验结束，大家回家洗洗睡吧。

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粒派不服：我明明知道光子是一个一个的粒子!

这样，我们再做一次实验，把光子一个一个地发射出去，看会怎么样?一定会变成两道杠的!

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第二次实验：把光子机枪切换到点射模式，保证每次只发射一个光子

结果：斑马线

竟然还是斑马线?!

怎么可能?!

我们明明是一、个、一、个把光子发射出去的啊!!!

最令人震惊的是，一开始光子数量较少时，屏幕上的光点看上去一片杂乱无章，随着积少成多，渐渐显出了斑马线条纹!

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光子要真的是波，那粒派也不得不服。

问题是：根据波动理论，斑马线来源于双缝产生的两个波源之间的干涉叠加;

而单个光子要么穿过左缝、要么穿过右缝，穿过一条缝的光子到底是在和谁发生干涉?隔壁缝的老王吗?

难道……光子在穿过双缝时分裂成了两个?一个光子分裂成左半光子和右半光子，自己的左手和右手发生了关系?

事情好像越来越复杂了。干脆一不做二不休，我们倒要看看，光子究竟是怎样穿过缝的。

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第三次实验：在屏幕前加装两个摄像头，一边一个左右排开。哪边的摄像头看到光子，就说明光子穿过了哪条缝。同样，还是点射模式发射光子。

结果：每次不是左边的摄像头看到一个光子，就是右边看到一个。一个就是一个，从来没有发现哪个光子分裂成半个的情况。

大家都松了一口气。光子确实是一个个粒子，然而在穿过双缝时，不知怎么就会变形成两道波同时穿过，形成干涉条纹。

虽然诡异了些，不过据说这就是波粒二象性了，具体细节以后再研究吧，这个实验做得人都要精分了。

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就在这时，真正诡异的事情发生了……

人们这才发现，屏幕上的图案，不知什么时候，悄悄变成了

两道杠!

没用摄像头看，结果总是斑马线，光子是波;

尼玛，用了摄像头看了，结果就成了两道杠，光子变成粒子。

实验结果取决于看没看?

这不科学啊，做物理实验竟然见鬼了啊!

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可以体会物理学家当时的心情吗?

一个貌似简单的小实验做到这份上，波和粒子什么的已经不重要了，重要的是现在全世界科学家都懵逼了。

这是有史以来第一次，人类在科学实验中正式遭遇灵异事件。

观察者的魔咒

纳尼?你还没看出灵异在哪里?

好吧，请你先看懂下面这个栗子：

电视里正在直播足球比赛，一个球员起脚射门——

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咔，暂停，预测一下这个球会不会进?

在球迷看来：

球进还是不进，和射手是不是C罗梅西有关，和对方门将的状态有关，和裁判收没收钱说不定还有关。

在科学家看来：

有关的东西更多，比如球的受力、速度和方向，距离球门的距离，甚至草皮的摩擦力、球迷吼声的分贝数等等。

不过，只要把这些因素事无巨细地考虑到方程里计算，完全可以精确预测三秒后球的状态。

但无论是谁，大家都公认，球的进与不进，至少和一件事情是绝对无关的：

你家的电视。

无论你用什么品牌的电视，无论电视的屏幕大小、清晰度高低、质量好坏，无论你看球时是在喝啤酒还是啃炸鸡，当然更无论你看不看电视直播——

该进的球还是会进，该不进就是不进，哪怕你气得把电视机砸了都没用。

你是不是觉得，上面说的全都是废话?

那么仔细听好：

双缝干涉的第三次实验证明了，在其他条件完全相同的情况下，球进还是不进，直接取决于在射门的一瞬间，你看还是不看电视!

看还是不看，这是一个问题

光子从发射器射向双缝，就好比足球射向球门;用摄像头观测光子是否进缝、怎么个进法，就好比用电视机看进球。

第三次实验与第二次的唯一区别，就是实验3开了摄像头观察光子(看电视)，实验2没放摄像头(不看电视)——两次的结局竟截然不同。

这，就是观察者的魔咒。

难道说，不看光子它就是波，看一眼，它就瞬间变成粒子?

难道说，“光子是什么”这一客观事实，是由我们的观察(放不放摄像头)决定的?

难道说，对事物的观察方式，能够改变事实本身?

三观的崩塌

在所有人懵逼的时候，还是有极少数聪明人，勇敢地提出了新的理论：

光子，其实是一种智能极高的外星AI机器人。

之所以观察会导致实验结果不同，是因为光子在你做实验之前就悄悄侦查过了。

如果发现有摄像头，它就变成粒子形态;如果发现是屏幕，就变成波的形态。

这个理论让我想起了传说中的：

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难道机器人阿童木真的存在?

(“阿童木”是日语“アトム”的发音直译，词语源自英语“Atom”，意即“原子”)

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一只内裤外穿的光子，是我平生最不能接受的事情

这种扯蛋理论居然没被口水喷死，还要做实验去验证它，可见科学家们已经集体懵逼到了什么地步。

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第四次实验：事先，只有屏幕没有摄像头;我们算好光子穿过缝的时机，等它穿过之后，再以迅雷不及掩耳盗铃之势加上摄像头。(等效于1978年惠勒延迟选择实验)

结果是啥，是啥?

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结果：无论加摄像头的速度有多快，只要最终加上了摄像头，屏幕上一定是两道杠;反过来，如果一开始有摄像头，哪怕在最后一刻秒秒钟撤掉，屏幕上一定是斑马线。

回到看球赛的那个例子，就好比：

我先闭上眼睛不看电视，等球员完成射门、球飞出去3秒钟后，我突然睁开眼睛，球一定不进，百试百灵。

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他们，就是这样被下了魔咒的

在你冲出门去买足彩之前，硬报纸悄悄提醒你：

这种魔咒般的黑科技，目前只能对微观世界的基本粒子起作用。要用意念控制足球这样的大家伙，量子还做不到啊!

请注意，加不加摄像头，是在光子已经穿过双缝之后再决定的。不管光子在穿缝的时候变成什么形态，过了缝应该就定型了。

既然光子的状态在加摄像头之前就定型了，为什么实验结果还是能在最后一刻发生变化?

难道说，在之后做出的人为选择(未来)，能够改变之前已经发生的事实(历史)?

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而且，加摄像头的速度，可以做到非常快(40纳秒)。就算光子真的是个狡猾的微型变形金刚，当它变成波的形态穿过双缝，在最后一刻却发现面前是一个摄像头时，它也来不及再次变身了吧?

“主观决定客观”、“未来改变历史”、“外星人其实是无处不在的光子”……

好端端一个实验弄得谣言四起，物理学家们纷纷感到几百年来苦心经营的科学体系正在崩塌。

与之一起崩塌的，还有全人类的三观。

量子魔法时代的大幕，正在徐徐拉开。