出山按：《量子江湖风雨录》于2010年贴在海外某大型论坛，激起了该论坛的强烈反响，后被很多其它网站转载。这里保留该文当年在该论坛最初发表的原貌，权做对当年历史的怀念。
《量子江湖风雨录》 - 引子
量子革命或许是迄今为止科学史上最伟大的革命，相对论可能都有所不及。它的很多观念、思想太颠覆我们的传统，以至于令很多人困惑。其实不光是一般人困惑，科学界的很多顶尖高手也很困惑，爱因斯坦便是其中著名的一位。量子力学正统学派的精神领袖，哥本哈根的玻尔曾说过一句名言：“假如一个人不为量子论感到困惑的话，那他就是没有明白量子力学” 。
十九世纪末，历经300年的风雨之后，经典物理学形成了一个庞大而严密的系统，最后一统天下。那时物理学界一片歌舞升平，喜气洋洋，普遍认为物理学到达了她光辉的顶点，而我们所处的物质世界也能够用当时的物理理论很精确地描述。也就是说，只要你能给出某时刻宇宙中所有粒子的运动信息，人们就可把宇宙的过去、现在和将来的历史用方程准确地描述出来。这就是科学上的决定论。
似乎物理学不再会出现惊喜。
但在不经意间，有两个并不起眼的物理学难题摆在了物理学家的面前，当时被称为“十九世纪末物理学大厦上的两朵乌云” 。由于这两朵乌云不合时宜地出现在了经典物理学大厦落成之际，所以并未引起物理学界的高度重视，人们乐观地认为这两朵乌云会在当时已有的理论体系内得以化解。
然而，令人没有想到的是，正是这两片小小的的乌云，在很短时间内便演化成了漫天乌云，继而天空便电闪雷鸣，风雨交加，最终把经典物理学的大厦吹的是七零八落。而物理学界也卷入了一场扑朔迷离的长期混战之中，至今没有完全突围出来。
一片乌云导致了相对论的产生，迫使人们考虑时空物之间的纠葛；另外一片乌云导致了量子革命，迫使人们考虑我们所处物理世界的本质是什么，有无客观的物理实在性，以及我们传统的因果率是否可以被打破。更有甚者，将精神意识引进了物理学的殿堂。
量子革命在20世纪的第一年就爆发了，是以具有反叛精神的物理学家普朗克对黑体辐射难题的研究为开端，第一次提出能量的离散化量子概念，后来他由此得到了诺贝尔奖。但在当时，他被自己的量子化假设带来的对经典物理学的冲击而惊讶、而震撼、而吓得魂不附体。他终于背叛自己，放弃了量子化假设。
然而，普朗克一旦放出了“ 量子化”这个幽灵，他就再也收不回去了，也就注定了 “ 量子化 ” 这个幽灵要将经典的物理世界搅个天昏地暗。
这个幽灵落到了同样具有对传统有极大反叛精神的爱因斯坦手里。正是这个爱因斯坦，用量子化的幽灵使得光线量子化，一举解决了著名的“光电效应”难题。爱因斯坦由此震惊了江湖，比他震惊江湖的相对论更甚。
但是，量子化的幽灵确实不是那么好摆布的。当爱因斯坦还没有为自己的成果高兴的时候，却发现自己的成果把物理学界推向了了一场新“波-粒” 大战的销烟中。爱因斯坦也害怕了，象伟大的普朗克一样。最后爱因斯坦终于走到了量子化的反面，成了对抗量子革命的反对派精神领袖。
但毕竟由于普朗克和爱因斯坦的巨大贡献，使得量子革命本身却以迅雷不及掩耳之势迅速发展，“彻底的革命者”，后来成为哥本哈根学派“教皇”的玻尔要粉墨登场了。这才演绎了一场惊心动魄的量子江湖世界大战，而玻尔集团和爱因斯坦集团为此展开的斗智斗勇更是前所未有，名动江湖而经久不息，堪称科学界的绝响。
量子革命的思想很难理解，不加详述不能容易明白。其实，即使详述也很难明白。为了同学们对量子革命大概有个了解，本同学花了不少时间，根据一本描述量子革命发展的著作《上帝掷骰子吗？》的脉络，简述整理写成这个《量子江湖风雨录》，希望能在相对短小的篇幅内，使得大家对量子革命所带来的震撼有些微的了解。
如果你想从量子革命的爆发开始了解，就从头读起《量子江湖风雨录 – 1 》 。
如果你想看量子革命的中期发展，看《量子江湖风雨录 – 2 》。
如果你想看量子革命哥本哈根学派解释的成熟，看《量子江湖风雨录 – 3 》。
如果你想看量子革命对传统因果律、客观实在性的冲击，看《量子江湖风雨录 – 4 》。
如果你想看量子革命中的华山论剑、撕裂我们理性的薛定谔的猫、精神意识被引入量子力学的解释、平行多世界理论引起的精神分裂，看《量子江湖风雨录 – 5 》。
如果你想看著名的EPR 佯谬、神秘的贝尔不等式，及其对玻尔-爱因斯坦世纪争论的实验大判决，看《量子江湖风雨录 – 大结局》。
最后，祝同学们有个清凉舒适的夏天！呵呵。
量子江湖风雨录 (1)
0 。
就象江湖上那经典的一幕，历经三百多年风霜雪剑的恩怨情仇，一个超级的武林门派傲然出世。这个门派汇集了无数身经百战的超一流好手，群英汇萃，气象不凡，所向披靡。它最后终于一统江山，名震江湖，成为唯一的超级霸主。任何其它的个人或者势力在这个超级霸主面前都显得那么的脆弱，那么的不堪一击，也更凸显出这个超级霸主的威严、辉煌与骄傲。
这个超级霸主，不是别人，就是 19 世纪末的物理学大厦，金碧辉煌、雄伟壮观、不可一世，以惟我独尊的气派统治着物理学界。
那时，牛顿力学控制着天上的行星和地上的石头；波动理论在光学领域独霸一方，后来又被新的电磁理论扩大到整个电磁世界；热力学三大定律也亦基本建立；分子运动论和统计热力学也在一帮天才的努力下获得成功。而最重要的是，这一切理论都是相互包容的，彼此没有任何冲突和矛盾，最终形成了一个庞大的经典物理学大同盟。
这时，最能表达物理学骄傲的应该是拉普拉斯的那句著名语录，就是在 1799 年他的著作《天体力学》发表后，拿破仑问拉普拉斯： “ 在您宇宙体系的大作中，为什么没有提宇宙的创造者？ ” 而拉普拉斯的回答是： “ 陛下，我不需要上帝这个假设。 ” 因为在拉普拉斯眼力，他的理论是那样的完美，以至于在某一时刻，只要给定宇宙所有粒子的初始条件，人们就可以把宇宙的过去、现在和将来都清楚地用方程描述出来，展现在世人的面前。
在经典物理学的大厦里，因果律支配着一切，一个与精神意识无关的客观实在不以任何精神意志为转移地存在着，而在物理学家的眼里， 19 世纪末的物理定律已足以完整地描述这个客观世界。科学界普遍认为，物理学到达了她辉煌的终点，不再会出现新的惊喜，而伟大的 科学家开尔文勋爵甚至说： “ 物理学的未来，将只有在小数点第六位后面去寻找 ” 。
一片歌舞升平，一片喜气洋洋，物理学界一片金色辉煌。但是，人们不禁要问 , 真的是那样吗？
当然不是那样，后来物理学的发展无情地摧毁了这种理性的傲慢。在人们还没有来得及充分享受那个物理学大厦的辉煌的时候 , 20 世纪初，两场摧枯拉朽的革命在物理学的领域里粹然而至，不可思议。第一场革命改变了人们传统的绝对时空观念 , 那就是爱因斯坦的相对论 , 而第二场革命就是由以玻尔为领袖的哥本哈根学派创立的量子力学，直接冲击着经典物理学赖以为基础的因果律和不以精神意识为转移的客观物理实在性。
作为对传统的反叛，爱因斯坛的相对论一出现就震动了整个学术界，他的反叛理论那么的不可思议，那么的革命，令整个学术界都目瞪口呆，难以接受。然而在理论和实验面前，学术界不得不接受了他的相对论，尽管不那么令人舒服。
然而，量子力学的反叛却远远超过了爱因斯坦的相对论。如果说相对论使得经典物理学大厦发生剧烈的震动和摇晃的话，那么量子力学则是从根本上要摧毁经典物理学的辉煌。也正因为如此，量子力学的出现才引起了物理学界的世界大战。
当量子力学刚出现的时候，她的反叛思想深深地吸引了具有非凡反叛精神的爱因斯坦，爱因斯坦为量子力学的初期发展做出了不可磨灭的贡献。然而，随着量子力学的理论向纵深发展，她所表现出来的反叛令爱因斯坦也深为震惊，终于使得爱因斯坦走向了量子力学的反面，成为反对量子力学阵营的精神领袖。
那么，量子力学是怎样出现和发展的？她又是怎样反叛经典物理学的？何以能引起世界如此的震撼？
那就让我们大概地领略一下量子力学的诡秘与迷茫，神奇与沮丧，以及成就与混乱。大家一定要记住创立量子力学的哥本哈根学派的精神领袖波尔的一句名言：
“ 假如一个人不为量子论感到困惑的话，那他就是没有明白量子力学。 ”
1 。
上面说到， 19 世纪末，宏伟壮观的经典物理学大厦落成，金碧辉煌，天空一片湛蓝，这使得物理学的大厦更加光彩夺目。然而，不知何时，却有两朵小小的乌云在不经意间，慢慢地出现在了瓦蓝的天边。因为人们还沉浸于刚刚落成的经典物理学大厦，所以没有太多的人注意这两片小小的乌云。
然而，这两朵乌云却被德高望重的物理学家开尔文注意到了，那年他 76 岁，是 1900 年的 4 月 27 日，他发表了著名的演讲《在热和光动力理论上空的 19 世纪乌云》。他白发苍苍，以这句话开头： “ 动力学理论断言，热和光都是运动的方式。但现在这一理论的优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了 ” 。
其实，这两夺乌云在当时看来并不起眼，是物理学中在 19 世纪末遇到的难以理解的两个问题。
一个是物理学家迈克尔逊和莫雷心血来潮，于 1886 年安排了更精确的实验，想测量 “ 以太 ” 相对于地球的相对速度，而这个以太当时被认为是一个绝对静止的参考系，地球穿过以太运动。他们的设想是，地球在以太中运动，如果在不同的运动方向上测量两束光在以太中的速度，从它们的差别中就可算出以太相对与地球的速度。
大家没有必要去考虑他们到底是怎么计算的，而关键是当他们完成了多次的实验后，他们惊异的发现，以太似乎对穿越于其中的光线速度毫无影响。他们认为这是一个 “ 失败的实验 ” ，因为这个实验似乎在否定以太作为绝对静止参照系的存在，而以太这个绝对静止的参照系是经典时空观在经典物理学的一个基石，谁吃了熊心豹子胆敢动这个基石？
第二朵乌云来自黑体的辐射问题。 19 世纪末，人们开始对黑体辐射发生了浓厚的兴趣，发现黑体辐射的能量与温度有明确的函数关系。但究竟这个关系在理论上应该是什么呢？
德国帝国技术研究所的物理学家维恩从从经典热力学的思想出发，假设黑体辐射是由一些服从麦克斯韦速率分布的分子发射出来的，然后通过推演在 1893 年提出了一个辐射能量与温度的分布公式。但这个公式却只在短波范围内与实验数据吻合很好，在长波范围就出现很大偏差。
后来英国的物理学家瑞利和意大利物理学家金斯共同努力从类波的角度出发推导出了另外一个公式，计算黑体辐射的公式。遗憾的是，这个公式与维恩的公式正好相反，只在长波范围内与实验数据吻合很好，在短波范围会出现很大偏差。
大家可以不理会这朵乌云具体是什么，只要知道物理学家从经典物理学里推导出了两个公式来描述同一物理现象 – 黑体辐射，一个从经典粒子的角度出发去推导，另一个从类波的角度去推导，得到的公式只分别适用于短波或者长波，不能通用，很难解决。这就是个问题，说明经典物理学缺了些什么。
尽管这两朵乌云令人百思不解，但由于它们不合时宜地出现在了经典物理学辉煌大厦的落成之时，物理学界还是充满了乐观，认为必定能在当时已有的理论框架内得以解决，不必担心。
然而，令人料想不到的是，正是这出现在 19 世纪末的两朵不起眼的乌云，在短短 20 多年的时间内，先是在经典物理学大厦上空形成了满天乌云，继而电闪雷鸣，很快便刮起了狂风暴雨，将经典物理学的宏伟大厦连根拔起，摔得七零八落，同时也使得理论物理学走进了迷宫，至今没有完全突围出来。
第一朵乌云导致了相对论的诞生，把人们拉入了时空物质相互纠缠的玄妙世界，迫使我们思考从没有时间、没有空间、没有物质的状况怎样幻化出时间、空间和物质，并形成我们所处的这个丰富多彩的的世界，当然还包括我们人类的生命和精神意识。
第二朵乌云导致了量子力学的诞生，由哥本哈根学派创立，在他们的解释里，它冲击我们原有的因果律，否定我们身外存在一个客观的物理实在，在其推论中更将精神意识引入了物理学的领域里面来。这个理论倔强地与相对论发生冲突，倔强地与很多其它解释争夺在物理学中的霸主地位。
限于篇幅，我们不去关注第一朵乌云，就让我们只关注第二朵乌云吧，看它怎样演变成了满天乌云，怎样演变成了狂风暴雨，怎样冲击经典物理学的根基。
2 。
对大学物理有些概念的人肯定都会记得大名鼎鼎的普朗克。普朗克当时是德国柏林大学 ( 柏林一所大学？ ) 的物理学教授，他对黑体辐射问题发生了兴趣，他想一举解决这个难题。虽然他当时只知道维恩的公式 ( 适合短波 ) ，但他也知道黑体辐射在长波时的关系，虽然他不知道瑞利 - 金斯公式。
然而，经过了六年的艰苦努力，他没有成功，这很令他沮丧。那时他已从朋友那儿知道了在长波时的瑞利 - 金斯公式。后来普朗克想，要不我先玩个小聪明，利用数学的内差法，先凑一个通用的公式出来，在短波时变成维恩公式，在长波时变成瑞利 - 金斯公式，其它以后再说。当然，这个不用有物理理论支持，细心凑就行了。
很快普朗克就凑了一个公式出来，他把新鲜出炉的公式发表在 1900 年 10 月在柏林召开的德国物理学会的一个会议上。令人惊讶的是，他的公式很快就被证实与实验数据十分精确的符合。普朗克自己也很惊讶，没想到他侥幸凑的公式竟然有这么大的威力。
虽然普朗克不知道这个凑出来的公式背后到底隐藏着什么样的秘密 , 但普朗克通过六年的探索已经敏锐地感觉到那是个惊人的大秘密，会对整个热力学和电磁学至关重要。他决定背水一战，破釜沉舟，除了热力学的两个基本定律不能动外，他决定什么都可以去挑战。但他万万没有想到的是，当他找到了那个秘密后，他自己先给吓得魂不附体。
经过了一段时间的艰苦奋战，普朗克终于找到了那个他后来得诺贝尔奖时说的 “ 意想不到 ” 的东西，就是：
“ 仅仅引入分子运动理论还是不够的，在处理熵和几率的关系时，如果要使得我们的新方程成立，就必须做一个假定，假设能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。 ”
大家可能觉得这并没有什么了不起的，就 “ 假设能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的 ” 不就行了吗？但当你真正了解了这句话的含义后，你也就会胆战心惊了。
大家要特别注意普朗克假设中的 “ 不连续性 ” ，因为连续性和平滑性假设是数学微积分的坚实基础，而经典物理学的庞大体系就是建立在这个数学体系之上。在经典物理学中，有了任何难以解决的问题，你动什么都可以，唯独这个基础你连要碰的想法都不能有。就象普朗克最后想的那样，他豁出去了，拼命了，他除了热力学中的两个基本定律不能动外，他在热力学中什么都愿意去挑战。但那只是热力学啊，他连那个基础都不敢动。现在，他发现自己被迫要动整个经典物理学大厦的根基，他能不吓坏吗？
最后，普朗克还是在 1900 年 12 月 14 日在德国物理学会的学术会议上发表了他的论文，提出了自己的假设。
他的假设令所有听到这个假设的物理学家都震惊不已。但人们没有想到的是，正是普朗克的假设启动了量子力学的革命，而更多更大的震惊便接踵而来，一发而不可收拾。
量子力学革命在 20 世纪的第一年的最后一个月就爆发了，而能量的不连续性就是后来讲的能量的量子化。
如果能量真是量子化的，那么首当其冲受到质疑的就应该是麦克斯韦尔的电磁理论，在普朗克看来，这是不可能的。他宁愿相信能量的量子化只是数学上为了方便引入的一个假设而已，不是物理上的真实。
但很快，普朗克的量子化假设便被广泛传播，具有反叛精神的物理学家们开始把普朗克开创的量子化领域不断推向前进，十几年就出现了一个个意想不到反传统的结果。普朗克则越来越害怕，终于抛弃了自己开创的量子化领域，并一再提醒大家，不到万不得已，不要在量子化领域胡思乱想。
然而，普朗克一旦放出了 ” 量子化 “ 这个幽灵，他就再也收不回去了，也就注定了 “ 量子化 ” 这个幽灵要将经典的物理世界搅个天昏地暗。
3。
量子化的幽灵被伟大的普朗克放了出来，他自己被这个幽灵所展现的魔力所吓倒，而想千方百计赶走这个幽灵。但为时已晚，这个幽灵落在了极具反叛精神的爱因斯坦手里，爱因斯坦如获至宝，要借着“量子化” 的幽灵给江湖一个震惊，比他震惊江湖的相对论更甚。
这要从一个著名实验的附属品说起。
1887年到1888年间，德国卡斯鲁尔大学的物理学家赫兹做了一系列著名的光电实验，证明了电磁波的存在，从而证实了买克斯韦的电磁理论，光也作为一种电磁波很好地纳入了电磁理论的解释范围，为经典物理学的成功写上了重重的一笔。这时，光的波动说凭借着电磁理论的强大威力，很快就统治了物理学界，老老年前光的粒子说不得不销声匿迹。
然而，正是赫兹的实验也打下了挑战麦克斯韦电磁理论的伏笔，只是他当时没有意识到罢了。
因为，当时赫兹的实验主要是观察电火花以验证电磁理论，但偶然间他却观察到了一种怪现象，当有一定的光线照射到金属表面电火花的发生处时，电火花的出现就更容易一些，就会产生更多的电火花。赫兹把这个附带的发现写在了论文中，但没人注意，大家都沉浸于麦克斯韦电磁理论成功被验证的喜悦之中。
到了1897年，电子被发现了。
人们也很快发现当年赫兹不可理解的附带现象是有由于光线照射到金属表面时，打出了金属表面的电子，产生了电火花。后来很多实验室对此现象进行了深入研究，发现不同种类的光线打到给定的金属表面上时，有些能打出能量很高的电子，有些甚至打不出任何电子。也就是说，光能否打出电子，与光的频率有关。这就是著名的“光电效应”。
这时，经典的电磁理论解释不了这个现象了。照理说电子是被束缚在金属表面上的，要它脱离金属表面，外部就要给予电子足够的能量让它逃出。而光这时被公认为是波，那么增强光的强度，就有更多的能量，为什么有些光再增强它的强度也打不出电子，而对能打出电子的光来说，即使强度很弱也能打出电子？
没人知道为什么，伟大的麦克斯韦电磁理论不灵光了，这令物理学家很沮丧。一个小小的电子和光竟然不顺服电磁理论！
该当量子理论要横空出世，这时就是显伸手的时候，给物理学界一个震动的时候到了。爱因斯坦来了，他要以反叛的面目给世人一个惊人的亮相，把量子革命的浪潮推向前进。
4。
爱因斯坦认真研究了那个令物理学家们沮丧的光电效应问题，1905年他在《物理学纪事》杂志上发表了一篇划时代的论文，题目叫做《关于光的产生和转化的一个启发性观点》，这篇论文一举解决了令电磁理论失色的光电效应难题。
爱因斯坦正是借助了前面说的普朗克放出来的“量子化”的幽灵，这个量子化是把能量看成不连续的，分成一份一份的，能量子就是能量的最小单位，叫量子。爱因斯坦深深地理解了普朗克量子化的精义，认为光电效应是个瞬间的过程，某种量子化的东西在起作用，而麦克斯韦的电磁理论是描述平均现象的，不能适用于瞬间过程。爱因斯坦决定反叛电磁理论。
爱因思坦顺着普朗克的思路，把光也看成不连续的，其能量的最小单位就是“光量子”，正是这些单个的光量子与电子进行能量交换，从而打出电子。光量子强的光线就能打出能量高的电子，而光量子弱的光线甚至不能打出电子。这就是为什么能否打出电子跟光的频率有关，因为从普朗克的能量分布的公式出发，一个光量子的能量与光的频率有关。由此，爱因斯坦推导出了一系列光电效应的公式。
爱因斯坦的这个假设把光电效应一下解释得清清楚楚，他的光量子概念后来叫做“光子”。
爱因斯坦解决了这个难题，可能大家都很高兴，心想一个难题终于解决了。然而大家可能没有想到，爱因斯坦在这里捅了一个天大的篓子，他把光线量子化后成为一个一个不连续的光子，分明是在说光是“粒子”。
但在经典物理学里，不是才刚刚由麦克斯韦理论和赫兹的实验把光定性为波了吗？怎么又由赫兹的附带实验结果和量子化概念搞出光是“粒子”呢？
爱因斯坦的光量子假设虽然提出来，但不被物理学界接受，光是一种电磁波已经被实验证明，并有伟大的电磁理论作后盾，想轻易挑战这些谈何容易。人们要实验证实爱因斯坦的假设。
到了1915年，美国物理学家密立根想要用实验证明爱因斯坦的光量子假设是错误的，但他的实验偏偏证明爱因斯坦的假设是对的。到了1923年，物理学家康普顿才由X射线实验证明了光子象小球一样不但有能量，还有冲量，这样光子和电子相撞才能发生能量交换，打出金属表面的电子。
看来，麻烦大了！后来爱因斯坦用“非常革命”的字眼来描述他的光量子概念，而对他的革命性成果相对论他也没有用这些字眼。
一方面，光作为一种电磁波有实验支持，有电磁波理论支持；另外一方面，光作为粒子现在也有实验支持，也有量子化的理论支持。新一轮的“波-粒”大战开始了。这次大战与以往不同，它从光的领域开始慢慢延伸到一切微观粒子的领域，最后演变成了物理学界一场惨烈的混战。而爱因斯坦自己最后也害怕了，象伟大的普朗克一样，终于走到了量子化的反面，成了对抗量子革命的反对派精神领袖。但量子革命本身却以迅雷不及掩耳之势迅速发展，“彻底的革命者”，后来成为哥本哈根学派“教皇”的玻尔要粉墨登场了。
后事如何，下回分解
