费曼：没人真正理解量子力学！光的波粒二象性，颠覆人类常识

光到底是个什么东西？

牛顿提出了“微粒说”，他认为光是由无数微小的、有质量的粒子组成的，就像机关枪射出的一颗颗子弹，从太阳飞向地球。

这个理论非常符合直觉：光走直线，就像子弹一样，光照在镜子上会反弹，就像皮球撞墙一样。牛顿用粒子模型完美解释了反射和折射现象。

然而荷兰物理学家惠更斯看着水塘里的涟漪，陷入了沉思，他提出了“波动说”，认为光像水波或声波一样，是一种在介质中传播的振动，虽然惠更斯的理论也能解释很多现象，但在牛顿巨大的身影下，他的声音微弱得像风中的烛火，整个18世纪，物理学界是粒子的天下。

直到1801年，一个“刺头”出现了，英国医生、物理学家托马斯·杨做了一个极其简单却又极其致命的实验，彻底打了牛顿的脸。

他在一块遮光板上开了两条平行的细缝，然后让一束光射向这两条缝，请大家设想一下：如果光是牛顿所说的“粒子子弹”，那么穿过两条缝隙后，后面的屏幕上应该留下什么？

应该留下两道明亮的条纹，对应着缝隙的位置，就像喷漆穿过模具一样。

但结果让所有人目瞪口呆，屏幕上出现的不是两道杠，而是一排明暗相间的、斑马线一样的条纹，这种现象在物理学上叫做“干涉”，这是波独有的身份证，想象一下，你向池塘里同时扔进两颗石子，两圈涟漪扩散开来，当它们相遇时，如果波峰遇到波峰，水面会跳得更高，如果波峰遇到波谷，水面就会平静下来。

托马斯·杨指着那些明暗条纹宣告：牛顿错了，粒子不可能产生干涉，只有波可以，这个实验被称为“物理学史上最漂亮的实验”之一，它终结了粒子说一百多年的统治，从那以后，麦克斯韦建立了电磁场理论，波动说大获全胜，物理学家们以为战争结束了。

但故事没有结束，反转来得比电视剧还快，1905年爱因斯坦发表了一篇惊世骇俗的论文，他研究了一个叫“光电效应”的现象，把好不容易平静下来的物理学界又搅得天翻地覆。

什么是光电效应？

简单说，就是用光照射金属，金属表面的电子会被踢出来。

这事儿怪就怪在：如果光是波，那么光的能量应该取决于“强度”，光越强，能量越大，电子应该被踢得越猛。但实验结果完全相反：不管光有多强，只要光的颜色不对，比如用红光，一个电子也打不出来，不管光有多弱，只要光的颜色对路，比如用紫光，电子瞬间就被打出来了。

这就像你拿机关枪扫射一扇门，门纹丝不动；但你拿一根绣花针轻轻一戳，门却开了，波动理论在这里彻底失效，爱因斯坦给出了一个离经叛道的解释：光不是连续的波，而是一份一份的“能量包”，他把这个能量包叫做“光量子”，也就是后来的“光子”。

每个光子的能量只跟频率有关，频率高能量就大，频率低能量就小，红光的光子就像乒乓球，扔得再多也砸不穿玻璃，紫光的光子就像子弹，一颗就能击穿，爱因斯坦的解释完美得无懈可击，他也因此拿到了诺贝尔奖。但物理学家们却崩溃了：托马斯·杨的实验证明光是波，爱因斯坦证明光是粒子，

光到底是什么？答案是：光既是粒子，又是波，这就是著名的“波粒二象性”，这听起来简直是疯话，这就像在说：一个人既是男人又是女人，既是圆的又是方的，在宏观世界里，这是逻辑矛盾，但在微观世界里，这是基本法则。

为了搞清楚这到底是怎么回事，科学家们决定把双缝干涉实验升级，他们把“光子枪”调到了点射模式，一次只发射一个光子。

注意，这是一个关键时刻，如果一次只发射一个光子，这个光子要么穿过左缝，要么穿过右缝，它不可能像水波一样同时穿过两个缝，对吧？既然只能穿过一个缝，它就没法跟别人干涉，按理说，屏幕上应该只出现两道亮线。

科学家屏住呼吸，看着屏幕上一个个亮起的光点，起初光点看似随机分布。但随着光子数量增加，令人头皮发麻的一幕出现了：那些光点竟然慢慢排列成了明暗相间的干涉条纹！每一个光子都是单独通过的，它的前后都没有别的光子，它在跟谁干涉？

答案只有一个，也是最疯狂的一个：光子在跟自己干涉。

根据量子力学的解释，当光子在飞向双缝时，它不是一颗子弹，而是一个“概率波”，它同时穿过了左缝和右缝，它处于一种“既左又右”的叠加态，这个分身后的自己和自己相遇，产生了干涉，最后在屏幕上坍缩成一个点，这已经不是科幻了，这是玄幻。

如果不去观测，光子就是波，那如果我们偷偷看一眼呢？科学家在双缝旁边装了探测器，想看看光子到底走了哪条路，结果诡异的事情发生了：一旦你打开探测器，干涉条纹瞬间消失了，屏幕上只剩下两道杠，光子仿佛知道有人在偷窥，立刻收起了波动的神通，老老实实变成了一颗规矩的粒子。

关掉探测器？条纹又回来了！

这意味着：观察者的“看”，改变了物质的“态”，在宏观世界，月亮不管你看没看它，它都在那里，但在量子世界，你不看，它是波；你看，它是粒子，波尔说：“在观测发生之前，没有任何物理量是客观存在的。”爱因斯坦气得直跺脚，留下了那句名言：“上帝不掷骰子！”他至死都不愿相信世界是由随机和概率主宰的。

但这还不是最恐怖的，1979年，为了纪念爱因斯坦诞辰100周年，物理学家约翰·惠勒提出了一个让因果律崩溃的实验，延迟选择实验。

惠勒的脑洞是这样的：既然观测会破坏干涉，那我们能不能耍个赖？我们等光子已经穿过了双缝，但还没有到达屏幕之前，再决定要不要观测它，按照常理，光子穿过双缝是“过去”发生的事，我们“现在”的决定不应该改变“过去”的选择。

1984年，马里兰大学真的做成了这个实验，结果让所有人背脊发凉，不管你在光子出发前决定，还是在光子穿过双缝后决定，结果是一样的，只要你最后决定观测路径，光子在过去就是以“粒子”形式穿过单缝的，只要你最后决定不观测路径，光子在过去就是以“波”的形式穿过双缝的。

这意味什么？

意味着现在的行为，决定了过去的历史，或者更准确地说，在量子力学里，根本没有确定的过去，过去、现在和未来是纠缠在一起的，直到观测的那一瞬间，历史才坍缩成唯一的现实。

不要以为这只是光特有的怪癖，后来科学家发现，电子、原子，甚至由810个原子组成的巨大分子，都具有波粒二象性，2013年，科学家让巨大的分子穿过双缝，同样看到了干涉条纹，那为什么我们在生活中看不到？为什么你把自己扔向两扇门，不会变成两个人？

根据德布罗伊的公式，物体的波长与动量成反比，你的质量太大，动量太大，导致你的波长短到了几乎为零，短到完全无法产生宏观的干涉，但这并不代表波动性不存在，它只是被掩盖了。从本质上讲，构成你身体的每一个粒子，都是一团概率的云雾。

回到最初的问题：光到底是什么？

它不是波，也不是粒子，它是我们人类语言无法描述的某种存在，正如诺贝尔奖得主费曼所说：“我可以有把握地说，没有人真正理解量子力学。”