为什么要用概率描述微观粒子的状态？难道上帝真的掷骰子吗？

量子力学到底有多诡异？已经诞生一百多年的量子力学，至今也没有被完全搞明白。难怪有物理学大佬这样描述量子力学的诡异性：如果你首次接触量子力学，没有感到困惑的话，那你一定没有搞懂量子力学！

量子力学，有太多违背我们日常认知的地方。最明显的就是“波粒二象性”，怎么看都像“科学家自己也整不明白，然后做出的妥协”！一个东西怎么会具有波粒二象性呢？怎么可能既是粒子又是波呢？

但现实中的发现，不得不让我们承认“波粒二象性”的存在。虽然量子力学很违反常识，但一百多年过去了，人们也逐渐接受了它的“另类”，毕竟量子力学早已出现在我们的日常生活中。

下面简单回顾一下量子力学的发展。

爱因斯坦发现光电效应之后，提出光量子的概念，而波尔用光量子的概念提出了“匪夷所思”的核外电子跃迁的概念。

波尔认为，电子在原子核外并不是做有规律的圆周运动，当然也不会因为原子核的吸引坠入到原子核，而是会通过吸收或者释放光子不断地发生能级跃迁。

由于能量是不连续的，光子（光量子）只能是一份一份的，只意味着电子吸收或者释放的能量也不是连续的，也只能在特定的轨道（能级）上来回跃迁。

如果说电子跃迁现象还能理解的话，那么接下来的电子双缝干涉实验让我们彻底怀疑人生。

这个实验就不详述了，之前说了很多。简单说就是：一个电子可以同时穿过两条狭缝，这明显是波的特性。而当科学家听过探测器进行观测时，电子又“乖乖”地呈现粒子特性，一个一个从狭缝中穿过。

那么，科学家们的观测为何会影响电子的状态呢？我们先看看科学家们是如何观测的。

如何观测？当然不能直接用眼睛观看，必须用非常高端的显微镜才行，一般的显微镜是不行的，因为电子实在太小了。

显微镜发射的光线撞击到电子，然后发生发射，发射回来的光线就携带了部分电子信息。

当科学家想要测量电子的位置时，必须使用波长较短的光。因为电子非常小，如果光的波长很长，波峰的间距就比较大，测量出的误差就很大。

但是就像“鱼和熊掌不可兼得”一样，用波长较短的光测量电子的位置，确实测量得比较准确，但又会带来新的问题：波长越短，能量越大，意味着光子撞击电子时对电子速度的改变很大，就不能准确地测量光子的速度了。

想要尽量准确地测量电子的速度，就必须使用波长较短的波。但正如刚才所说，这又会导致“不能准确地测量电子的位置”！

这与测量仪器的精确度没有任何关系，再精密的仪器也会出现上述问题。

那么，该怎么办呢？

科学家想到一种办法：用概率去分析电子的位置和速度。当测量进行了很多次之后，就能获取电子的位置分布概率。同样的方法，也可以得到电子速度的分布概率。

于是，虽然我们不能同时获取电子准确的速度和位置，但我们可以用概率来描述，用公式表达出来就是ΔxΔp h/4π。

公式表达的是，微观粒子的位置和动量（速度）的不确定性乘积大于等于一个常数h/4π。这也是量子力学中的不确定性。

除了位置动量的不确定，能量和时间也存在着不确定性关系。

微观世界的微观粒子都满足不确定性公式，我们不能同时获取它们的位置和速度，只能用概率来描述。不确定性是微观世界的内在属性，也是一种本质属性。

由于微观粒子构成了宏观世界，理论上讲，宏观世界也应该具备不确定性，只不过很难体现出来罢了，我们根本观测不到。

不过爱因斯坦极力反对所谓的“不确定性”，它认为量子力学是不完备的，一定存在没有发现的某种“隐变量”能更好地诠释所谓的“不确定性”。这也是波尔和爱因斯坦争论的焦点，也是为什么爱因斯坦会说“上帝是不掷骰子的”。