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第2章 世界是真实的吗（第5页）

-薛定谔是量子力学奠基人之一，据说他与老婆吵架找小三度假时想出薛定谔方程。

方程ihfrac{partial}{partialt}psi（t）=hpsi（t）说明波函数随时间变化率正比于能量，能量越高微观粒子状态随时间变化越快。

此简单方程加几何条件能得出符合实验结果的结论，解决了波尔模型的尴尬问题。

波尔模型无法解释电子圆周运动不辐射电磁波（违反麦克斯韦方程），薛定谔方程用概率波描述电子，电子无轨迹就无加速度，完美避开此问题；电子不能选任意轨道而必须是整数形式轨道的问题，在薛定谔方程边界条件中可自然解出，无需像波尔模型强行假设。

薛定谔方程是量子力学根基方程，基本所有量子力学问题本质上都是解该方程，虽可能复杂难求解，但它只管出题，解题靠众人，不行可借助AI。

不过它未回答为何无法预测电子轨迹，海森堡会解答，不是预测不了，而是从原理上这不是可预测的量，是问题问错了。

世界的本质是概率？世界，是不确定的，还是确定的？

我们知道物质由原子构成，原子又由带正电的原子核和带负电的电子构成。

科学家们原本以为原子就像我们的葡萄干布丁，电子就像葡萄干塞在原子的布丁里，但后来卢瑟福用实验证明这是错误的。

原子里带正电的原子核其实非常小，只有原子体积的几百分之一，但是它聚集了原子绝大部分的质量。

但是电荷之间异性相吸，电子受到原子核的吸引，应该围绕原子核运动。

问题是这个运动是个什么运动？本来波尔用他的波尔模型结合德布罗意物质波的解释，认为电子是围绕原子核做圆周运动的，只不过这个轨道有一定的规定性，不是所有轨道都可以，只有满足特定条件的轨道可以。

好了，既然你这么说，那我们就做个实验具体来看看是不是像你们说的那样电子围绕原子核在做圆周运动，对吧？这个实验其实就是用x光去跟电子相互作用，x光会跟电子相互作用产生衍射条纹，通过衍射条纹反推电子的轨迹。

但是这实验一做不要紧的，做完之后真的让人惊呆了。

这电子不仅没有在围绕原子核转圈圈，那电子的运动简直就是毫无规律啊。

这一秒还在原子核边，上一秒可能就跑到大姨妈家里去了，根本没有任何规律，简直就是随机的。

要知道随机这件事情对于物理学家来说简直就是让信仰崩溃的事情，因为物理学家终其一生都在研究宇宙的规律，要的就是确定性。

而且从十八世纪开始，学界主流的认知就是拉普拉斯的机械宇宙观，拉普拉斯为此还发明了一个“妖怪”

，叫拉普拉斯妖，说的就是我只要知道任意时刻宇宙里所有粒子的位置和速度，根据牛顿定律，理论上我就能精确预言宇宙的所有未来啊，宇宙的一切都是被安排好的啊，一切天注定啊。

随机性就代表不知道，物理学家追求的就是知道，最好是全知啊，上帝就是全知啊。

现在实验一做，你告诉我电子没有轨迹，没有轨迹就算了，运动简直毫无规律啊，感觉宇宙的真相就是混乱啊，这可怎么办？别着急，咱们多做一些实验，我不断探测电子的位置，我探测了一百次可能真的没啥规律，但我探测一百万次还是能找到规律，这就是统计上的规律，也就是电子虽然没有确定的轨迹，但是电子出现的位置的概率还是有规律的。

比方你做一百万次实验，你会发现在离原子核近的地方找到电子的概率还是要比离原子核远的地方找到电子的概率大的。

虽然我们不能精确地描述电子下个时刻会出现在哪里，实验做多了，我大概能预测下一个时刻电子出现在某个位置附近的概率大概是多少。

如果我们把这个概率画一张图，这就变成了高中化学会学到的一个概念叫做电子云，大概长这样，画得再仔细一点，这个东西长得像不像一个波？这玩意就是传说中的量子力学中的波函数。

但马上就有下一个问题，你现在知道我们不能用轨迹的语言来描述电子的运动，可以用概率波函数来描述电子运动的概率规律。

好了，函数有了，来个波动方程吧。

电磁波满足麦克斯韦方程，水波满足机械波方程，那你这个概率波满足什么方程呢？别着急，薛定谔马上就横空出世了，据说这个方程还是薛定谔跟老婆吵架找了个小三出去度假散心时候想到的。

随着量子纠缠的物理现象被实验证实，二零二二年发了诺奖，爱因斯坦和波尔之间的大论战也算画下句号了，爱因斯坦此生终于错了一次，但虽败犹荣，对手的武器量子纠缠这个概念本身还是爱因斯坦提出的，看来上帝真的是掷骰子的。

这个世界的根基是随机的，没有人能精确地预测未来，但哥本哈根诠释也并非全对。

哥本哈根诠释里说，一个量子系统的波函数在你没有探测的时候，它可以同时以不同概率处在不同状态，就好像薛定谔的猫，你不看它的时候它是既死又活的，但是一旦你探测，这个波函数会瞬间在没有中间过程的随机地坍缩到其中一个状态，这就是说薛定谔的猫一旦你看到它就会立即显示出死或者活的状态，是一下子，如果猫死了你看不到它死的过程，它就已经死了。

这个所谓波函数的坍缩是瞬时的，没有中间过程的，这个描述在二零一九年被耶鲁大学做的实验给推翻了，我还清楚地记得当时这个新闻全球火爆，然后一堆科普文章以讹传讹，最后居然传成了量子力学被推翻了，我一个大白眼啊。

这个实验是这样的，耶鲁大学一个团队在超导环境里准备了一个三个能级的量子系统，能量由低到高分别叫基态、第一激发态和第二激发态，这个实验的目标是要研究第一激发态，但你不能直接研究第一激发态，因为一旦你直接探测它，它的波函数就坍缩了，就已经是探测后的状态了，我们要研究的是第一激发态坍缩前的状态，这就难办了，要研究它你就得探测它，但是你又不能探测它，因为探测它它就坍缩了，这就是这个实验的精妙之处了。

这个系统巧妙地设计了让第一激发态和基态有紧密的联系，一旦第一激发态有变化，基态会受影响，并且基态的状态会影响第二激发态的状态，然后就只要探测第二激发态就会间接地知道第一激发态的状态，也就是通过一种间接的方式不直接探测第一激发态也能知道第一激发态的状态。

这个实验做下来科学家们就发现波函数的坍缩其实是有个中间过程的，虽然这个过程时间非常短只有几微秒，但还是被捕捉到了，也就是哥本哈根诠释的所谓波函数的坍缩是瞬间完成的这个描述是不对的，波函数的坍缩不是瞬间完成的而是连续完成的。

但这并没有推翻哥本哈根诠释的根基，就是量子系统的完全随机性，因为波函数开始坍缩的时候具体要坍缩到哪个状态已经确定了，但是这个决定是怎么做的还是不清楚，依然还是随机的，所以哥本哈根诠释大的结论没有问题，小的地方有修正要打补丁，说到给哥本哈根诠释打补丁，其实我自己也给它打了一点哲学补丁。

这个世界的本质是计算，沃尔夫勒姆的计算世界观

这个世界的本质就是计算，这是当今最杰出的科学家之一史蒂芬·沃夫勒姆的核心观点。