物质都是波

量子力学诞生于20世纪初，它的主要研究对象是很小的物质粒子，例如原子和亚原子——亚原子就是比原子还要小的粒子，例如质子、中子、电子和光子等等。在这里，我们统一把它们称为粒子。

量子力学中有一个重要的概念——“波粒二象性”，这个概念在高中物理课本里就出现过。通俗地讲， 波粒二象性指任何粒子既是一个粒子，同时也是一个扩散开的波 ，这与经典物理学对微观世界的看法完全不同。

例如，当说到电子的时候，按照经典物理学的理论，我们一般把它想象成一个很小很小的粒子，在某个时刻，它会运动到某个位置上。然而，从量子力学的角度来看，事情完全不是这样的。在量子力学中，电子其实是一种波。而且不仅是电子，所有粒子都是波，这就是物质波的理论。

一个电子既是粒子也是波，这意味着它有两重属性：作为一个粒子，它在某个时刻应该处于一个确定的位置；而作为波，它在同一时刻则可能出现在空间中的任何一个地方，只不过在每个地方出现的概率不同，这些概率可以用波函数表示。 当这个电子在空间各处出现的概率叠加在一起时，就会形成一团模糊的“云”（即概率云），这团“云”就是这个电子在空间中的所有波函数的叠加态。在观察这个电子时，它出现在“云”中心处的可能性最大，离中心越远，其出现的可能性就越小。

在量子力学看来，一个原子除了是薛定谔方程所描述的波函数，什么也不是。当我们从量子力学的角度来看一个粒子时，说它处在某个位置其实并不准确，我们只能说有多大概率在某个位置上观察到它。打个比方，就拿我们身体中的一个电子来说，在观察它之前，它的位置其实并不确定，它有99.99999……9%（省略号表示可以有很多9）的可能性在你的身体上，但是仍然有0.00000……1%（省略号表示可以有很多0）的可能性位于遥远的火星上，因为这个电子的概率云已经覆盖到了火星。

上面的例子并非科幻作品中的想象，而是量子力学所揭示的世界真相，即世间万物的本质不是确定的，而是概率性的。可以说，量子力学的出现终结了数百年来经典物理学所认识的确定性世界。

在《三体Ⅱ》中，面壁者泰勒与罗辑有一段关于概率云的对话，但是他们将微观粒子的量子态扩展到了宏观的人。

罗辑说：“在球状闪电研究的初期，曾有一些人变成量子态，你是否能设法与他们取得联系？”他心想：没意义也说吧，就当是在做语言体操。

（泰勒：）“我当然试过，没有成功，那些人已经多年没有任何消息了。当然有许多关于他们的传说，但每一个最后都被证明不真实，他们似乎永远消失了，这可能同物理学家所说的概率云发散有关。”

（罗辑：）“那是什么？”

（泰勒：）“宏观量子态的概率云会随着时间在空间中扩散，变得稀薄，使得现实中任何一点的量子概率越来越小，最后概率云平均发散于整个宇宙，这样量子态的人在现实空间中任何一点出现的概率几乎为零……”

摘自《三体Ⅱ》

当然，像小说描写的这样，把量子态从微观直接扩展到宏观并不现实。宏观物体是由数量巨大的微观粒子组成的，这些粒子会与周围环境发生各种相互作用，从而使自己的概率云坍缩。因此，在现实生活中，我们既看不到一个人的概率云，也看不到月亮的概率云。