自1900年，普朗克提出能量子概念，20世纪20年代建立量子力学的矩阵力学和波动力学，在近1个世纪的探索中，尽管量子力学的有关计算与预见都没有问题，尤其是1982年法国物理学家艾伦爱斯派克特（Alain Aspect）和他的小组成功地完成了一项实验，证实了微观粒子之间存在着一种叫作“量子纠缠”（quantum entanglement）的关系，但是，量子物理中一些“诡异现象”却让人们大跌眼镜，如“迭加态与坍缩”、“单体迭加态”和“量子纠缠”。

1、迭加态与坍缩

量子物理的第一个诡异现象叫做态迭加原理和坍缩。

为了解释这种现象，我先说说普通人的日常经验。根据我们的日常经验，一个物体某一时刻，总会处于某个固定的状态。比如，我说：女儿现在“在客厅”里，或是说：女儿现在“在房间”里。要么在客厅，要么在房间，这两种状态，必居其一。然而，在微观的量子世界中，情况却有所不同。微观粒子可以处于一种所谓“迭加态”的状态中，这种迭加状态是不确定的。例如，电子可以同时位于两个不同的地点：A和B，甚至位于多个不同的地点。也就是说，电子既在A又在B。电子的状态是“在A”和“在B”两种状态按一定概率的迭加。物理学家们把电子的这种混合状态叫作“迭加态”。

       按照“迭加态”的说法，女儿“既在客厅，又在房间”，这种日常生活中听起来逻辑混乱的说法，却是量子物理中粒子所遵循的根本之道，不是很奇怪吗？

聪明的读者会说：“女儿此刻‘在客厅’或‘在房间’，同时打开客厅和房间的门，看一眼就清楚了。电子在A或是在B，测量一下不就知道了吗？”说得没错，当我们对电子的状态进行“测量”时，电子的“迭加态”不复存在，而是“坍缩”到“在A”或是“在B”两个状态之一。

这里，让我们看一个著名的光学干涉实验。如果有一个波，经过了两个狭缝，出来就变成两个子波了，这两个子波在随后传播过程中就会出现干涉。

干涉的意思就是这两个子波在每个点都迭加，在有些点上两个波的运动方向相同，波的振幅就加强；在有些点上两个波的运动方向相反，振幅就减低，或者抵消为零。

所以最后你观察到的波就是一些干涉条纹。如果看到干涉条纹，你就知道你观察到的是个波，而且这个波是在两个狭缝同时出现的，也就是既在A点又在B点，因为只有这样的情况，波才能出现干涉。

如果用电子来做实验，当每次只发射一个电子的时候，这个电子通过双狭缝打到电子屏上，激发出一个小亮点，这是电子的粒子性。

但是事先也不知道电子会出现在屏幕上的什么地方，结果多次重复，经过大量的观察发现，这些电子不是完全没有规律的。它有时出现在这里，有时出现在那里，在某些地方出现的可能性要大一些，在另一些地方则小一些。

电子的规律就是，它出现频率高的地方，恰好是波动规律所预言的干涉条纹的亮处，而它出现频率低的地方，对应于干涉条纹的暗处。大量的实验证明：电子尽管是粒子，但是其运动像个波，而且每个电子必须同时出现在两个小孔。因为只有同时出现在两个小孔，它才能干涉。就如刚才说的，你没有观察它的时候，电子一定不会取一个确定的状态，它一定是所有状态都要同时存在，这样它才能干涉起来。

那么，如果我们观察它，比如在两个狭缝处设置探测器，电子会怎么样呢？

电子一被观测，就只出现在一个狭缝上了，干涉条纹立刻消失。这个状态就叫做波函数的坍缩。

就是你一观察，电子就在一个确定的地方出现了。

那么有些人有这样的疑问：我观测它出现在确定的地方，它是不是早就出现在这个确定的地方，只不过我们不知道而已？

不对，刚才的干涉实验告诉我们，在没有干涉之前，它肯定出现在所有地方。

假如，当我们不观察时，电子真的存在于某个地方，它便只能通过一道狭缝，这就不能解释实验中观测到的干涉条纹。

其实，严格的实验已经完全排除了这种可能。电子在没有观测的时候，没有确定的状态。所以这件事是量子力学最诡异的事情。

       值得一提的是，微观行为与宏观行为还是有所差异，这种差异表现在观测之前。即使父母不去看，女儿在客厅或在房间，已成事实，并不以“看”或“不看”而转移。而微观电子就不一样了：在观察之前的状态，并无定论，是“既是……又是……”的迭加状态，直到我们去测量它，迭加状态才坍缩成一个确定的状态。这是微观世界中量子“迭加态”的奇妙特点。

2、单体的迭加态

量子力学的创始人薛定谔做过一个著名实验，后人称之的“薛定谔的猫”实验，该实验告诉我们一个事实：测量的核心是人的意识。

薛定谔的本意是想批驳量子力学和量子力学的态迭加，他认为一个东西既存在这个状态，又存在那个状态，像女儿即在客厅，又不在客厅一样，那是荒谬的。他就想了个办法来批驳量子力学，结果没有批驳好，最后反而证明了量子力学最诡异的地方，也就是意识和物质不可分开。

现在我来说薛定谔的实验是什么：把一只猫放进一个封闭的盒子里，然后把这个盒子接到一个装置上，这个装置包含一个原子核和一个毒气设施。原子核有百分之五十的可能性发生衰变，衰变的时候就会发射出一个粒子来，这个粒子一发出来就会触发毒气设施，毒气一触发就会杀死这只猫，这是他想象中的一个实验。

根据刚才说的量子力学的态迭加原理，没有观察的时候，原子核是处于已经衰变和没有衰变的迭加状态，就是它既可能衰变了又没有衰变，它是两种状态的迭加，就像电子既在A点又不在A点一样，这个原子核既衰变又没有衰变，50%几率衰变，50%几率不衰变。这个时候猫的状态是可能活着，也可能死了，就是说猫也处于这种既死又活的迭加状态。

猫可能处于这种状态吗？聪明人可能会说：那你打开盒子一看不就行了吗？但是打开盒子一看，就是作了观测，猫就只能是死或者活了。

这个问题一提出来，物理学家一个个都惊呆了，原来以为只有微观世界才有这种态迭加，就是状态不确定，既处于这个状态，又不处于这个状态。

现在宏观世界也一样了，猫不就是这样吗？有一只既死又活的猫。

大家都不承认有这种状态。但是量子力学的诡异之点，量子力学的态迭加原理就是说：你在观察之前，猫就是处于既死又活的状态。这个问题争论了很长时间。怎么办？

量子理论很确定，这是毫无疑问的，如果没有揭开盖子没有观察，那薛定谔的猫的状态是死与活的迭加，这只猫永远处于同时是死又是活的迭加态。这与我们的经验严重违背。

1963年获得诺贝尔物理学奖的维格纳想了一个新的办法，他说：我让个朋友戴着防毒面具也和猫一起呆在那个盒子里面去，我躲在门外，对我来说，这猫是死是活我不知道，猫是既死又活。

事后我问在毒气室里戴防毒面具的朋友，猫是死是活？朋友肯定会回答，猫要么是死要么是活，不会说是半死不活的。

他这个说法一出来大家就发现，问题在哪儿呢？

一个人和猫一起呆在盒子里，人有意识，意识一旦包含到量子力学的系统中去，它的波函数就坍缩了，猫就变成要么是死，要么是活了。

也就是说猫是死是活，只要一有人的意识参与，就变成要么是死，要么是活了，就不再是模糊状态了。

维格纳总结道，当朋友的意识被包含在整个系统中的时候，迭加态就不适用了。即使他本人在门外，箱子里的波函数还是因为朋友的观测而不断地被触动，因此只有活猫或者死猫两个纯态的可能。

维格纳认为，意识可以作用于外部世界，使波函数坍缩是不足为奇的。

维格纳这个认识已经是量子力学界的共识了，确实只能这样认为。

因为外部世界的变化可以引起我们意识的改变。

3. 多体的迭加态

量子力学第三个诡异之点，多体迭加态的结果产生量子纠缠。

1982年，法国物理学家艾伦爱斯派克特和他的小组成功地完成了一项实验，证实了微观粒子之间存在着一种叫作“量子纠缠”的关系。在量子物理中，有共同来源的两个微观粒子之间存在着某种纠缠关系：不管它们被分开多远，对一个粒子扰动，另一个粒子立即就知道了。量子纠缠已经被世界上许多试验室证实。

人们对微观粒子的量子纠缠现象很难理解，我们只好举生活中的例子来说明问题。

有一个不恰当的例子是：如果有一个原子在空中爆炸，它变成了两个碎片向两个方向飞去。这两个碎片的状态一定有明确的关系，比如角动量守恒就告诉我们，这两个碎片的状态，如果一个角动量是正的，另一个角动量一定是负的，这样它们的和才是零。

在没有被人检测的时候，两个碎片都是处于不确定的状态，比如它们的角动量既可能是正，也有可能是负。而一旦被人检测，受测的碎片马上选择一个确定的角动量，或者正的，或者负的；另一个未检测的碎片，也马上选择与之相反的状态，或者正的，或者负的。

这就是刚才讲的两个的状态从不确定到确定。

关于这种关联，可以打个比方，我们从北京买了一双手套，把手套中的一只寄到香港，另一只寄到华盛顿，那么寄到香港的是左手戴的还是右手戴的？谁都不知道，如果香港的人收到了打开一看，是左手的，那华盛顿的人不用看就知道收到的是右手的，因为手套是左右配对的，这是个规则。

一旦寄出去了，寄的过程中不确定，但是一个人只要观测了他收到的手套是左手的还是右手的，另一个人不用观测就知道了。这就是纠缠的一个例子。

大家可以说，手套在寄的过程中，只不过大家不知道而已，是左手右手早就确定了的。

这就和“女儿在客厅里还是不在客厅里”一样，大家觉得在不在客厅里是早就确定了的，只不过你没有去观察。

手套也是一样，大家会认为，你看没看它没关系，它早就确定了。

但量子力学大量实验证明，如果把同一个量子体系分开成几个部分，在未检测之前，你永远不知道这些部分的准确状态；如果你检测出其中之一的状态，在这瞬间其他部分立即调整自己的状态与之相应。

这样的量子体系的状态叫做“纠缠态”。