1905年,，還在瑞士伯爾尼專利局當(dāng)小雇員的愛因斯坦深受光電效應(yīng)的困擾,。

過去很多年里，人們認(rèn)為在光轉(zhuǎn)化為電時,，入射光的強度越大,，產(chǎn)生的電流就越大,，但實驗結(jié)果并非如此。愛因斯坦發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)的產(chǎn)生只取決于光的頻率，與光的強度無關(guān),。

這個現(xiàn)象無法用麥克斯韋的電磁理論來解釋,。因為如果光被看作是一種具有連續(xù)能量的波的話，不管是紫光還是紅光,，只要入射的強度夠大,，就應(yīng)該能夠激發(fā)出電子。

在這種情況下,，愛因斯坦想到了普朗克的量子假設(shè),。1900年，普朗克首次提出量子的概念,，他假設(shè)光波不是連續(xù)輻射出來的,，而是一份一份地被輻射，每一份的能量與輻射光的頻率v成正比,，可以寫成頻率乘以一個常數(shù)h（普朗克常數(shù)）,，即能量=hv。

在此基礎(chǔ)上,，愛因斯坦得出的結(jié)論是光本來就由一個個離散的“光量子”組成,，而不是人們原來所認(rèn)為的“波”。愛因斯坦的光量子假說,，解決了光電效應(yīng)問題,，在16年后因此榮獲諾獎。

在量子力學(xué)的發(fā)展史上,，愛因斯坦是打開大門的那個人,，但在他的后半生里，卻一直以反對量子力學(xué)的形象出現(xiàn)的,。然而正是愛因斯坦與玻爾持續(xù)長達半個世紀(jì)的爭論,，才造就了量子力學(xué)的蓬勃發(fā)展，進而衍生出量子計算,、量子通信等前沿科技,。

在普朗克的概念里，存在一個可以測出來的最小長度,，也就是普朗克常數(shù)，約為圖片厘米,。量子力學(xué),，以及它所研究的中子、質(zhì)子,、電子,、光子，以及所有其他的基本粒子，都在這樣的范圍內(nèi)馳騁,。

但是為什么物質(zhì)在輻射光和吸收光的時候,，都是采取“一份一份”的方式？為什么不是連續(xù)能量的方式,？普朗克和愛因斯坦都沒有回答這個問題,。直到1913年，玻爾提出了量子化的原子結(jié)構(gòu)理論,，給出了這個問題的答案,。

玻爾認(rèn)為，原子中的電子軌道也是量子化的,，原子中只可能有一個一個分離的軌道,，每一個軌道對應(yīng)于一定的能量。因為電子只能從一個軌道躍遷至另一個軌道,，所以電子躍遷時釋放和吸收的能量只能是一份一份的,。

玻爾的原子理論在當(dāng)時取得了巨大的成功，激勵一大批有志于理論物理的年輕學(xué)子開始摩拳擦掌,、躍躍欲試,，紛紛建立各種模型，相繼提出和發(fā)展了各種理論,。

量子世界的大門打開了,，但問題也隨之而來。比如,，自1864年麥克斯韋確定光是電磁波后,，人們一直相信光是具有反射、折射,、衍射等性質(zhì)的波,，但現(xiàn)在怎么又回過頭來，說光是一個一個光子組成的呢,？

根據(jù)牛頓經(jīng)典力學(xué)和麥克斯韋經(jīng)典電磁理論,，電子是一種離散的粒子，類似于沙粒那樣,，是一顆一顆的,，光則是一種連續(xù)的波動，如同水波一樣,，波光粼粼,。

但20世紀(jì)初的很多實驗證明，光既有波的特征,，又有粒子的特征,；在經(jīng)典物理中被描述為粒子的電子，也存在波動性。這就是量子力學(xué)中著名的波粒二像性,。

1924年,，德布羅意的博士論文將光波“二像性”的觀點擴展到電子等實物粒子上，提出了物質(zhì)波的概念,，給任何非零質(zhì)量的粒子都賦予了一個與粒子動量成反比的“德布羅意波長”（λ=h/p）,。其中h是普朗克常數(shù)，p是粒子動量,，λ是波長,。

之后，德布羅意將論文寄給愛因斯坦征求意見,。敏銳的愛因斯坦立刻意識到這篇論文的分量,，他認(rèn)為德布羅意“已經(jīng)掀起了面紗的一角”。

愛因斯坦的肯定奠定了波粒二象性在物理中的地位,，也啟發(fā)了另一位物理學(xué)家——薛定諤,。他想，既然德布羅意提出電子具有波動性,，那么,，我們就可以給它建立一個波動方程。不久,，薛定諤方程問世,，開啟了量子力學(xué)的新紀(jì)元。

薛定諤方程在量子力學(xué)中扮演的角色已經(jīng)類似于牛頓第二定律在經(jīng)典力學(xué)中的角色,。解牛頓方程,，可以得到粒子在空間隨時間變化的軌跡；而從薛定諤方程解出的電子運動規(guī)律,，卻是一個彌漫于整個空間的“波函數(shù)”,。

這樣的結(jié)論，就連薛定諤本人也覺得荒謬,。在他的設(shè)想中,，波函數(shù)代表了電子電荷在空間的密度分布，但計算結(jié)果與常理相悖,，一個小小電子的電荷怎么會變得在整個空間到處都是呢,？

正當(dāng)所有人傷透腦筋時，1926年玻恩給出了概率解釋,。他認(rèn)為量子力學(xué)中的電子不像經(jīng)典粒子那樣有決定性的軌道,，而是隨即地出現(xiàn)于空間中某個點。不過,，電子出現(xiàn)在特定位置的概率是一定的，是由薛定諤方程解出的波函數(shù)決定的。

當(dāng)時不少人支持這個想法,，雖然薛定諤本人并不贊同這種統(tǒng)計或概率的解釋,。

之后，隨著量子力學(xué)的深入發(fā)展,，波函數(shù)引發(fā)了更多的謎團,，其中包括海森堡不確定性原理、波函數(shù)坍塌,、量子測量的主觀性,、量子糾纏等一系列量子詭異現(xiàn)象，就連愛因斯坦也坐不住了,。

物理學(xué)界的大咖基本形成了兩派：以玻爾,、玻恩、海森堡,、泡利,、狄拉克為代表的哥本哈根學(xué)派，以及以愛因斯坦,、薛定諤等人為首的反對派,。

今天我們知道，量子是不可測量的,，自然也是不可復(fù)制的,，另外還有量子疊加、量子糾纏等特性,，而量子的這些特性就是量子計算和量子通信發(fā)展的基礎(chǔ),。實際上早在上世紀(jì)30年代之前，歌本哈根學(xué)派就已經(jīng)提出量子的這些特性,，但是從理論到實際應(yīng)用走過了半個世紀(jì),。

哥本哈根學(xué)派在將波函數(shù)理解為概率分布的基礎(chǔ)上發(fā)展的量子力學(xué)，之所以在后來成為主流觀點,，離不開愛因斯坦等人的反對,，正是這些反對的聲音，才促使量子理論的不斷完善,。

▍背景簡介：本文摘自公眾號“光子盒”,。