量子是什么

文／神们自己 图／图虫创意

今年10 月，诺贝尔物理学奖颁发给了三位研究“量子纠缠”的科学家。科技发达的今天，我们对量子这个词并不陌生，但量子到底是什么呢？

先从一个简单的现象讲起。假设手电筒打出一束光，如果你在近距离对着它看，会觉得刺眼。但如果你在离手电筒几百米远的地方看，那就是一个很小的亮点。因为这束光会扩散，距离越远，它扩散得越大，人眼接收到的光就越少。那么假设你在火星上观察这个手电筒，你会看到什么？此时，人的肉眼已经看不到了，但可以用仪器来探测。在火星放一排探测器，按正常的逻辑，每个探测器都会接收到一点非常微弱的光。但实际上，这排探测器里可能只有一两个能接收到光，剩下的什么都没有发现。而且随着距离越来越远，探测器接收到的光的强度会越来越低，不过低到一定程度后，这强度就不会再降低。

现实世界的光，存在一个不可再分的最小单元。而量子，就是微观世界不可再分的最小单元。光的最小单位就是一个光子，这就是爱因斯坦获得诺贝尔奖的原因。没错，爱因斯坦不是因为相对论得奖的，而是因为他用光子理论完美地解释了光电效应实验。

有同学问我：原子是量子吗？这很难用“是”或“否”来回答。与其说量子是某种物质，不如说量子是所有物质共有的一种属性。就像我们说“这件衣服是红色的”，并不是在说“衣服等于红色”，而是在说衣服具有“红色”属性。我们不能说“原子等于量子”，因为原子并非物质世界不可再分的最小单元，它可以分成原子核和电子，原子核内部还有中子和质子。但我们可以说“原子具有量子的属性”，因为电子绕原子核运动的轨道是量子化的。当我们研究电子轨道时，就必须使用量子力学。

量子有一个神奇的特点：叠加态。我如果说，我在上海，同时我也在北京，你肯定觉得我疯了。在我们的日常经验中，一个人的位置不能叠加。不过在微观世界里，量子的速度、位置、能量都可以叠加。美国人梦露（男）在1996 年用激光冷却技术使单个铍离子（约0.1 纳米大小）同时处于相距80 纳米之遥的两个位置，并拍下了叠加态照片。

量子力学的研究已经持续100 多年，今天的科技发展，已经完全超越了人类的常识。就像过去发明互联网的时候，没有人想到它会把世界变成这个样子，现在的我们也无法预测，量子时代会是什么样子。而这样的一个量子新时代，正在加速到来。