“量子”到底是什么？为什么量子力学中，上帝要掷骰子？

其实很多人只是听过量子力学的一些概念，还没有形成体系化的认知。

碎片化的认知会造成误解，但是系统学习又缺乏基础，这也是很多人看不懂量子力学的原因

文章将从整个量子力学建立的基础逻辑出发，系统串联量子力学的各种现象，最后到量子通信的原理，十分适合非物理专业的小朋友们系统地学习量子力学！

但说实话，量子力学很难兼顾通俗性和严谨性。过于通俗会失去严谨性，但过于严谨，基本上就没人看得懂。文案我已经改了十几遍，全程没有任何公式，尽最大可能达到了通俗和严谨的平衡点。

首先不要对量子力学中复杂的概念难倒，量子力学无非就是物理理论，物理理论就是对自然现象的归纳，所以你面对的不是晦涩难懂的量子力学，而是不太容易理解的自然现象。

我们面对的世界，在尺度上，无非就是宏观和微观世界之分。

而宏观和微观世界的分界线就是原子。比原子大的物质，就是宏观世界。

比原子小的物质，就是次原子粒子，也就是微观世界。

量子力学研究的就是微观世界的物理现象。一开始，物理学家以为微观和宏观世界的物理规律是一样的。

但是后来发现，微观世界和宏观世界几乎没有什么共同点！

如果微观世界和宏观世界的现象一样的话，那就没量子力学什么事了，直接用牛顿力学就能描述微观世界的现象。那现在的物理理论就简单了很多。

微观世界起初让人类感觉到困惑的是：电子绕原子核运动的规律琢磨不透。

按照以往的思路，电子绕原子核运动，就是原子核给电子提供了引力和电磁力。引力和电磁力会转化成电子绕原子核运动的向心力，所以电子绕原子核应该是像地球绕太阳一样的圆周运动。

但是后来发现，电子的轨道根本就不是什么圆周运动。电子甚至就没有可以确定的轨迹。我们无法算出电子下一秒会出现在哪。

至于为什么会这样，没有人能知道，自然现象就是这样，你也没有办法。

虽然我们不知道电子下一秒会出现在哪，但是好在，电子貌似会经常出现在原子核外几个比较固定的区域。

比如观察100次电子出现在原子核外的区域分布，会发现电子出现在A区域的次数为20次，b区域为25次，c区域为35次，d区域15次，其他区域为5次。

虽然无法精确知道电子下一秒出现在哪一区域，但是起码可以用统计学描述电子出现在几个常见区域的概率。

这就引申出上帝到底扔不扔骰子的问题。

在牛顿力学中，只要知道一个物体起始的速度 质量和受力情况，就能计算出这个物体在未来某一刻的具体位置。

未来发生的一切是早已被起始状态设定好的。比如你的人生从宇宙诞生的那一刻就已经被设定好了，你能看到这篇文章也是被设定好的。这就是经典的机械决定论，也叫宿命论。

但是电子绕原子核的运动貌似是随机的，电子下一秒出现的位置和初始状态没有确定的线性关系，任何计算都无法精确得知电子下一秒的位置，所以电子的运动就否定了机械决定论。

除了电子，所有微观粒子的位置都是随机的，需要用概率描述。而我们人体又是由微观粒子构成，所以这就意味着，人的命运并不是被决定好的，人的意志是可以逆天改命的。

所以有人才说，上帝原来是扔骰子的。对于这个问题，如今依旧存在争论，本期视频重点不在这里，所以就不再赘述。

我们常常说量子力学，那为什么要叫量子力学，而不叫粒子力学呢？

为什么要用“量子”这个词语，量子到底是个啥？

首先你得思考一下，能量是怎么传递的。把一杯热水放凉，是因为热水把自身能量传递给了周围的空气分子。

热水分子运动比较剧烈，而空气分子运动比较柔和，当热水分子撞击到空气分子，就会把动能传递给空气分子，进而导致运动程度降低，所以热水才慢慢变凉。这就是能量传递的过程。

不难发现，能量的传递过程无非就是依靠物质之间的相互作用，比如分子之间碰撞。

在热水放凉的过程中，温度从80℃降低到20℃。温度降低是一个连续的过程，中间会经历从20℃到80℃之间的任意一个温度值。比如50.654℃，35.6521℃……等等。

这就意味着在热水放凉的过程中，能量的传递是连续变化的。

热水放凉是宏观世界的能量传递，但在微观世界，能量的传递并不是连续的，而是间断的。

我刚才已经强调过，能量的传递依靠的就是物质的相互交换。

既然已经到了微观世界，那这里面的物质很有可能就是最小的物质，比如基本粒子。

基本粒子就是最小的粒子，不能再细分了。

而微观世界所有的能量传递本质上都是依靠基本粒子相互交换来实现的，比如光子。

光子只能是一个，两个，三个……，没有二分之一，三分之一 个 光子。所以一个光子携带的能量就是微观世界能量传递过程中的最小单位。

假设一个光子携带的能量的大小是A（hv）那么能量传递只能说是1A，2A，3A这样的递增过程。不存在1.2A，1.236A，2.58A……这样的过程。所以能量传递的过程并不连续，而是有间隔的，这个间隔就是1A。

1A代表的就是能量的最小单位，我们赋予这种现象一个新的物理术语，这就是：能量量子化。

所以量子代表的就是一种不可再分的基本单位。在微观世界，只要是不可再细分的概念，都可以叫做量子化，比如光子就是不可再分的基本粒子，所以光子也叫光量子。

这种不可再分的，非连续的量子概念，在微观世界十分普遍，是微观世界的基础现象，而量子力学正是研究微观世界的理论，所以量子力学才由此得名！