理科生觉得哪些知识不知道是文科生的遗憾从前

人们常说，「遇事不绝，量子力学」。虽然这只是一句玩笑话，但量子力学的力量是我们不可小觑的，2016年8月16日，世界第一颗量子通信卫星「墨子号」从酒泉发射。我们无从想象，未来的量子计算与量子通信，终将带来一个怎样的魔法时代。
绝对安全的信息传输？
智商秒杀全人类的人工智能？
瞬移、穿越不再是科幻？
这一切都值得期待。让我们先从神秘的量子理论开始，解密量子。
这注定是一场不可思议的旅程。
这是有史以来第一次，人类在科学实验中正式遭遇「灵异事件」。116年前的12月12日，马可尼收到横跨大西洋、人类史上第一个无线电信号的那一天。
似乎什么都没有改变。

包括马可尼自己，当时没有人能够想象，在接下来的一百多年，通信会把世界变成什么样子。

2016年8月16日，世界第一颗量子通信卫星「墨子号」从酒泉发射的那一天。
就像当年的马可尼一样，我们也无从想象，未来的量子计算与量子通信，终将带来一个怎样的魔法时代。
绝对安全的信息传输？
智商秒杀全人类的人工智能？
瞬移、穿越不再是科幻？

潘建伟教授的量子通信卫星上天了。
5年后，人人都会用无法破解的加密网络刷信用卡。你还觉得量子理论是象牙塔里的黑科技，和你的生活毫无关系？
让我们先从神秘的量子理论开始，解密量子通信。
这注定是一场不可思议的旅程。

如果你完全不懂量子力学，请放心大胆地往下看，我保证不用任何公式就能让你秒懂，连1+1=2的幼儿园数学基础都不需要。
如果你自以为懂量子力学，请放心大胆地往下看，我保证你看完会仰天长叹：什么是量子力学啊？

正如量子力学大师费曼所说：没有人懂量子力学。如果你觉得懂了，那肯定不是真懂。
在烧脑、反直觉和毁人三观方面，没有任何学科能够和量子力学相比。如果把理工男最爱的大学比作霍格沃兹魔法学校，那么唯一和量子力学专业相提并论的，只能是黑魔法。
然而，量子理论之所以如此神秘，并不是因为物理学家的故弄玄虚。其实，在量子理论刚诞生的摇篮时期，它只是一门人畜无害的学科，专门研究电子、光子之类小玩意儿。
而「量子」这个现在看来很厉害的名字，本意不过是指微观世界中「一份一份」的不连续能量。
这一切，都源于一次物理学的灵异事件。
百年战争20世纪初，物理学家开始重点纠结一个纠结了上百年的问题：光，到底是波还是粒子？
粒派所谓粒子，可以想象成一颗光滑的小球球。

每当你打开手电，无数光子就像出膛的炮弹一样，笔直地射向远方。
很多著名科学家（牛顿、爱因斯坦、普朗克）做了很多权威的实验，确凿无疑地证明了光是一种粒子。
波派所谓波，就像往河里扔块石头，产生的水波纹一样。

如果把光看作是一种波，可以完美解释干涉、衍射、偏振等经典光学现象。
很多著名科学家（惠更斯、杨、麦克斯韦、赫兹）做了很多权威的实验，确凿无疑地证明了光是一种波，电磁波。
可问题是，波和粒子毕竟是两种截然不同的东西啊！
粒子可分成一个一个的最小单位，单个粒子不可再分；波是连续的能量分布，无所谓「一个波」或者「两个波」；粒子是直线前进的，波却能同时向四面八方发射；粒子可以静止在一个固定的位置上，波必须动态地在整个空间传播。波与粒子之间，存在着不可调和的矛盾。
于是自古以来，塞伯坦星上的科学家就分成两派：波派和粒派，两派之间势均力敌的百年撕逼战争从未分出胜负。

很多人问我：科学家为什么要为这种事情势不两立，大家搁置争议、共同研究不就得了。
为了一个字：
信仰!
千面之神且问你：《权力的游戏》中，信奉七神的维斯特洛人民，为何要与信奉旧神的关外野人拼个你死我活？

自古以来，人们为了信仰争端大开杀戒，早已不足为奇。
唯一的和谐社会可能是古希腊：他们的神多达百八十号，有管天上、有管地下，各路神仙各司其职，倒也井水不犯河水。
人称：希腊众神。

要命的是，科学家们信仰的神只有一个，而且是放之宇宙而皆准的全能大神。这位神祇的名字，叫作真理。
大到宇宙的诞生，小到原子的运转，科学家们相信，这个世界的万事万物都是基于同一个规律，可以用同一个理论，甚至同一套方程解释一切。比如，让苹果掉下来把牛顿砸晕的是万有引力，让月亮悬在空中掉不下来的也是万有引力。用同一个方程，既能算出地球的质量，也能让马斯克的猎鹰九号火箭上天，这就是科学的威力。
想要一个宇宙、两种规律？
对不起兄弟，别在科学界混了，您可以去跳个槽，比如竞选总统。
当然，科学家们没有谁敢自称是真理的代言人，就连牛顿谦虚起来都是这样的：「我只是一个在海滩上捡贝壳的孩子，而真理的大海，我还没有发现啊！」
就算是捡贝壳，捡的多了，说不定拼到一起就能窥见真理之神的全貌呢！
整个科学史，就像一个集卡拼图的过程。做实验的科学家们每发现一个科学现象，搞理论的科学家们就绞尽脑汁推测它背后的运行规律。不同领域的大牛把各方面的知识、理论慢慢拼到一起，真理的图像就渐渐清晰。

在20世纪初，光学的知识储备和数学理论越来越完善。大家逐渐觉得，这一块的真相总算有希望拼出来了——结果却发现，波派和粒派的理论早已背道而驰，还各自越走越远。这就好比你集了一辈子卡片，自以为拼得差不多了。这时突然发现，你拼出的图案居然和别人是不一样的，而且差的不是一点点！
是不是有种把对方连人带图都砸烂的冲动？
当时波派和粒派都坚信，自己手上的拼图，才是唯一正确的版本。
双方僵持不下直到1924年，终于有人大彻大悟：波or粒，为什么光不能两者都是呢？
也许在某些时候，粒子看起来就像是波；在另一些时候，波看起来就像是粒子。波和粒如同阴阳一般相生相克，就像一枚硬币的正反两面（波粒二象性），只不过我们一直以来都在盲人摸象、各执一词。

真理确实只有一个，但是真理的表现形式，会不会存在着多个版本？
难道真理就是那个千面之神，用千变万化的面目欺骗了我们如此之久？
灵异的实验究竟是波，是粒，还是波粒二象，大家决定，用一个简单的实验来做个了断：
双缝干涉实验

双缝，顾名思义，就是在一块隔板上开两条缝。
用一个发射光子的机枪对着双缝扫射，从缝中漏过去的光子，打在缝后面的屏上，就会留下一个光斑。（等效于1961年电子双缝干涉实验）
在实验之前，科学家的推测如下：
第一种可能
如果光子是纯粒子，那么屏幕留下两道杠。
光子像机枪发射的子弹一样笔直地从缝中穿过，那么屏幕上留下的一定是2道杠，因为其他角度的光子都被板挡住了。

第二种可能
如果光子是纯波，那么屏幕上会留下斑马线般的一道道条纹。
光子穿过缝时，会形成2个波源。两道波各自震荡交汇（干涉），波峰与波峰之间强度叠加，波峰与波谷之间正反抵消，最终屏幕上会出现一道道复杂唯美的斑马线（干涉条纹）。

第三种可能
如果光子是波粒二象，那么屏幕图案应该是以上两种图形的杂交混合体。
总之，
两道杠=粒派胜；
斑马线=波派胜；
四不像=平局。
是波是粒还是二合一，看屏幕结果一目了然，无论实验结果如何，都在我们的预料之中。
第一次实验：把光子发射机对准双缝发射。
结果：标准的斑马线。

根据之前的分析，这证明光子是纯波。OK，实验结束，大家回家洗洗睡吧。
粒派不服：我明明知道光子是一个一个的粒子！
这样，我们再做一次实验，把光子一个一个地发射出去，看会怎么样，一定会变成两道杠的！
第二次实验：把光子机枪切换到点射模式，保证每次只发射一个光子。
结果：斑马线，竟然还是斑马线，怎么可能？我们明明是一、个、一、个把光子发射出去的啊！
最令人震惊的是，一开始光子数量较少时，屏幕上的光点看上去一片杂乱无章，随着积少成多，渐渐显出了斑马线条纹！

光子要真的是波，那粒派也不得不服。
问题是：根据波动理论，斑马线来源于双缝产生的两个波源之间的干涉叠加；而单个光子要么穿过左缝、要么穿过右缝，穿过一条缝的光子到底是在和谁发生干涉？
难道……光子在穿过双缝时分裂成了两个？一个光子分裂成左半光子和右半光子，自己的左手和右手发生了关系？事情好像越来越复杂了。干脆一不做二不休，我们倒要看看，光子究竟是怎样穿过缝的。
第三次实验：在屏幕前加装两个摄像头，一边一个左右排开。哪边的摄像头看到光子，就说明光子穿过了哪条缝。同样，还是点射模式发射光子。
结果：每次不是左边的摄像头看到一个光子，就是右边看到一个。一个就是一个，从来没有发现哪个光子分裂成半个的情况。
大家都松了一口气。光子确实是一个个粒子，然而在穿过双缝时，不知怎么就会变形成两道波同时穿过，形成干涉条纹。
虽然诡异了些，不过据说这就是波粒二象性了，具体细节以后再研究吧，这个实验做得人都要精分了。
然而，就在这时，真正诡异的事情发生了……
人们这才发现，屏幕上的图案，不知什么时候，悄悄变成了两道杠！
没用摄像头看，结果总是斑马线，光子是波；
用摄像头看了，结果就成了两道杠，光子变成了粒子。
实验结果取决于看没看摄像头？
这不科学啊，做物理实验竟然见鬼了啊！

一个貌似简单的小实验做到这份上，波和粒子什么的已经不重要了，重要的是现在全世界的科学家都懵逼了。
这是有史以来第一次，人类在科学实验中正式遭遇灵异事件。
观察者魔咒你还没看出灵异在哪里？
好吧，请先看懂下面这个例子：
电视里正在直播足球比赛，一个球员起脚射门——

「咔」暂停，你预测一下这个球会不会进？
在球迷看来：球进还是不进，和射手是不是C罗、梅西有关，和对方门将的状态有关，和裁判收没收钱说不定还有关。