物质波的诞生，一段令人啼笑皆非的物理学史！

故事发生在二十世纪初的法国。

巴黎。

一样的延续着千百年的灯红酒绿，香榭丽舍大道上散发着繁华和暧昧，红磨坊里弥漫着躁动与彷徨。

而在此时的巴黎，有一个年轻人，名字叫做德布罗意（De Broglie），从他的名字当中可以看出这是一个贵族，事实上德布罗意的父亲正是法国的一个伯爵，并且是正是一位当权的内阁部长。

这样一个不愁吃不愁穿只是成天愁着如何打发时光的花花公子自然要找一个能消耗精力的东西来磨蹭掉那些无聊的日子（其实像他这样的花花公子大约都会面临这样的问题）德布罗意则找到了一个很酷的“事业”——研究中世纪史。

据说是因为中世纪史中有着很多神秘的东西吸引着这位年轻人。

时间一转就到了1919，这是一个科学界急剧动荡动着的年代。

就在这一年，德布罗意突然移情别恋对物理产生了兴趣，尤其是感兴趣于当时正流行的量子论。

具体来说就是感兴趣于一个在当时很酷的观点：光具有粒子性。

这一观点早在十几年前由普朗克提出，而后被爱因斯坦用来解释了光电效应，但即便如此，也非常不见容于物理学界各大门派。

德布罗意倒并不见得对这一观点的物理思想有多了解，也许他的理解也仅仅就是理解到这个观点是在说“波就是粒子”。

或许是一时冲动，或许是因为年轻而摆酷，德布罗意来到了一派宗师朗之万门下读研究生。

从此，德布罗意走出了一道足以让让任何传奇都黯然失色的人生轨迹。

历史上德布罗意到底花了多少精力去读他的研究生也许已经很难说清，事实上德布罗意在他的5年研究生生涯中几乎是一事无成。

事实上也可以想象，一个此前对物理一 窍不通 的中世纪史爱好者很难真正的在物理上去做些什么。

白驹过隙般的五年转眼就过去了，德布罗意开始要为他的博士论文发愁了。

其实德布罗意大约只是明白普朗克爱因斯坦那帮家伙一直在说什么波就是粒子，（事实上对于普朗克大约不能用“一直”二字，此时的普朗克已经完全抛弃自己当初的量子假设，又回到了经典的旧框架。

）而真正其中包含的物理，他能理解多少大约只有上帝清楚。

五年的尽头，也就是在1924，德布罗意终于提交了自己的博士论文。

他的博士论文主要观点部分只有一页纸多一点，不过可以猜想这一页多一点的一份论文大约已经让德布罗意很头疼了，只可惜当时没有枪手可以雇来帮忙写博士论文。

他的博士论文只是说了一个猜想，既然波可以是粒子，那么反过来粒子也可以是波。

而进一步德布罗意提出物质波频率等于物质波能量除以普朗克常量，物质波波长等于普朗克常量除以动量.即：

ν=ε/h

λ= h/ p

这就是他的论文里提出的两个公式，而这两个公式的提出也完全是因为在爱因斯坦解释光电效应的时候提出光子的动量和能量与光的参数满足这一关系。

可以想象这样一个博士论文会得到怎样的回应。

在对论文是否通过的投票之前，德布罗意的老板朗之万就事先得知论文评审委员会的六位教授中有三位已明确表态会投反对票。

本来在欧洲，一个学生苦读数年都拿不到学位是件很正常的事情，时至今日的欧洲也依然如此。

何况德布罗意本来就是这么一个来混日子的的花花公子。

然而这次偏偏又有些不一样——德布罗意的父亲又是一位权高望众的内阁部长，而德布罗意在此厮混五年最后连一个Ph.D都没拿到，双方面子上自然也有些挂不住。

情急之 中，朗之万往他的一个好朋友那里寄了一封信。

当初的朗之万是不是碍于情面想帮德布罗意混得一个PhD已不得而知，然而事实上，这 一封信却改变了科学发展的轨迹。

这封信的收信人是爱因斯坦。

信的内容大致如下：尊敬的爱因斯坦阁下：在我这里有一位研究生，已经攻读了五年的博士学位，如今即将毕业，在他提交的毕业论文中有一些新的想法……请对他的论文作出您的评价。

另外顺便向您提及， 该研究生的父亲是弊国的一位伯爵，内阁的＊＊部长，若您……，将来您来法国定会受到隆重的接待。

朗之万在信中，大约朗之万的潜台词似乎就是如果您不肯给个面子，呵呵，以后就甭来法国了。

不知是出于知趣呢，还是出于当年自己的离经叛道而产生的惺惺相惜，爱因斯坦很客气回了一封信，大意是该论文里有一些很新很有趣的思想云云。

此时的爱因斯坦虽不属于任何名门望派，却已独步于江湖，颇有威望。

有了爱因斯坦的这一封信，评审委员会的几位教授也不好再多说些什么了。

于是，皆大欢喜。

浪荡子弟德布罗意就这样“攻读”下了他的PhD。

而按照当时欧洲的学术传统，朗之万则将德布罗意的博士论文印成若干份分寄到了欧洲各大学的物理系。

大约所有人都以为事情会就此了结，多少年以后德布罗意那篇“很新很有趣” 博士论文也就被埋藏到了档案堆里了。

德布罗意大约也就从此以一个PhD的身份继续自己的浪荡生活。

但历史总是喜欢用偶然来开一些玩笑，而这种玩笑中往往也 就顺带着改变了许多人的命运。

在朗之万寄出的博士论文中，有一份来到了维也纳大学。

1926年初。

维也纳。

当时在维也纳大学主持物理学术活动的教授是德拜，他收到这份博士论文后，将它交给了他的组里面一位已经年届中年的讲师。

这位讲师接到的任务是在两周后seminar（学术例会）上将该博士论文讲一下。

这位“老”讲师大约早已适应了他现在这种不知算是平庸还是算是平静的生活，可以想象， 一个已到不惑之年而仍然只在讲师的位置上晃荡的人，其学术前途自然是朦胧而晦暗。

而大约也正因为这位讲师的这种地位才使得它可以获得这个任务，因为德拜将任务交给这位讲师时的理由正是“你现在研究的问题不很重要，不如给我们讲讲德布罗意的论文吧”。

这位讲师的名字叫做——薛定谔（Schrodinger）。

薛定谔

在接下来的两周里，薛定谔仔细的读了一下德布罗意的“博士论文”，其实从内容上来讲也许根本就用不上“仔细”二字，德布罗意的这篇论文主要内容只不过一页纸多一 点，通篇提出的式子也不过就两个而已，并且其原型是已经在爱因斯坦发表的论文中出现过的 。

然而论文里说的话却让薛定谔一头雾水，薛定谔只知道德布罗意大讲了一通“波即粒子，粒子即波”，除此之外则是“两个黄鹂鸣翠柳”——不知所云。

两周之后，薛定谔硬着头皮把这篇论文的内容在seminar上讲了一下，讲者不懂，听者自然也是云里雾里，而老板德拜则做了一个客气的评价：“这个年轻人的观点还是有些新颖的东西的，虽然显得很孩子气，当然也许他需要更深入一步，比如既然提到波的概念，那么总该有一个波动方程吧。

” 多年以后有人问德拜是否后悔自己当初作出的这一个评论，德拜自我解嘲的说“你不觉得这是一个很好的评论吗？” 并且，德拜建议薛定谔做一做这个工作，在两周以后的seminar上再讲一下。

两周以后。

薛定谔再次在seminar上讲解德布罗意的论文，并且为德布罗意的“波”找了一个波动方程。

这个方程就是“薛定谔方程”！当然，一开始德布罗意的那篇论文就已经认为是垃圾，而从垃圾产生出来的自然也不会离垃圾太远，于是没人真正把这个硬生生给德 布罗意的“波”套上的方程当一回事，甚至还有人顺口编了一首打油诗讽刺薛定谔的方程：欧文用他的psi，计算起来真灵通：但psi真正代表什么，没人能够说得清。

（欧文就是薛定 谔，psi是薛定谔波动方程中的一个变量）

故事的情节好像又一次的要归于平庸了，然而平庸偏偏有时候就成了奇迹的理由。

大约正是薛定谔的“平庸”使得它对自己的这个波动方程的平庸有些心有不甘，他 决定 再在这个方程中撞一撞运气。

上面讲到的情节放到当时的大环境中来看就好像是湖水下的一场大地震——从湖面上看来却是风平浪静。

下面请允许我暂时停止对“老”讲师薛定谔的追踪，而回过 头来看一看这两年发生物理学界这个大湖表面的风浪。

此前，玻尔由普朗克和爱因斯坦的理论的启发提出了著名的“三部曲”，解释了氢光谱，在这十几年的发展当中，由玻尔掌门的哥本哈根学派已然是量子理论界的“少林武当”。

1925，玻尔的得意弟子海森堡提出了著名的矩阵力学，进一步抛弃经典概念，揭示量子图像，精确地解释了许多现象，已经成为哥本哈根学派的镇门之宝——量子届的“屠龙宝刀”。

不过在当时懂矩阵的物理学家没有几个，所以矩阵力学的影响力仍然有限。

事实上就是海森堡本人也并不懂“矩阵”，而只是 在他的理论出炉之后哥本哈根学派的另一位弟子玻恩告诉海森堡他用的东西在数学中就是矩阵。

再回过头来再关注一下我们那个生活风平浪静的老讲师薛定谔在干些什么—— 我指的是在薛定谔讲解他的波动方程之后的两个星期里。

事实上此时的他正浸在温柔乡中——带着他的lover在维也纳的某个滑雪场滑雪。

不知道是宜人的风景还是身边的温香软玉，总之是冥冥之中有某种东西，给了薛定谔一个灵感，而就是这一个灵感，改变了物理学发展的轨迹。

薛定谔从他的方程中得出了玻尔的氢原子理论！

倚天一出，天下大惊。

从此谁也不敢再把薛定谔的波动方程当成nonsense（扯淡）了。

哥本哈根学派的掌门人玻尔更是大为惊诧，于是将薛定谔请到哥本哈 根，详细切磋量子之精妙。

然而让玻尔遗憾的是，在十天的漫长“切磋”中，两个人根本都不懂对方在说些什么。

在一场让两个人都疲惫不堪却又毫无结果的“哥本 哈根论剑”之后，薛定谔回到了维也纳，薛定谔回到了维也纳之后仍然继续做了一工作，他证明了海森堡的矩阵力学和他的波动方程表述的量子论其实只是不同的描 述方式。

从此“倚天”“屠龙”合而为一。

此后，薛定谔虽也试图从更基本的假设出发导出更基本的方程，但终究没有成功，而不久，他也对这个失去了兴趣，转而去研究“生命是什么”。

历史则继续着演义他的历史喜剧。

德布罗意，薛定谔都在这场喜剧中成为诺奖得主而名垂青史。

其实在这一段让人啼笑皆非的历史当中，上帝还是保留了某种公正的。

薛定谔得出它的波动方程仅在海森堡的矩阵力学的的诞生一年之后，倘若上帝把这个玩笑开得更大一点，让薛定谔在1925年之前就导出薛定谔方程，那恐怕矩阵力学就根本不可能诞生了（波动方 程也就是偏微分方程的理论是为大多数物理学家所熟悉的，而矩阵在当时则没有多少人懂）。

如此则此前在量子领域已辛苦奋斗了十几年的哥本哈根学派就真要吐血了！

薛定谔方程虽然搞出了这么一个波动方程，却并不能真正理解这个方程精髓之处，而对它的方程给出了一个错误的解释——也许命中注定不该属于他的东西终究就不 会让他得到。

对薛定谔方程的正确解释是有哥本哈根学派的玻恩作出的。

（当然玻恩的解释也让物理界另一位大师——爱因斯坦极为震怒，至死也念念不忘“上帝不会用掷色子来 决定这个世 界的”，此为后话）。

更基本的量子力学方程，也就是薛定谔试图获得但终究无力企及的的基本理论，则是由 根本哈根学派的另一位少壮派弟子——狄拉克导出的，而狄拉克则最终领袖群伦，建起了了量子力学的神殿。

粒子对撞机重现大爆炸后数微秒存在的物质

RHIC团队可以将自己的结果与欧洲核子研究中心（CERN）的结果进行比较，那里的物理学家也在大型强子对撞机上轰击了氧原子核。

美国布鲁克海文国家实验室相对论重离子对撞机（RHIC）的科学家们通过以接近光速轰击氧原子核，成功生成了夸克-胶子等离子体（QGP）。

QGP是宇宙诞生后最初几微秒内存在的一种物质形态，有助于物理学家确定质子、中子和原子最初是如何形成的。

研究QGP还可以帮助科学家理解物理学中的其他现象，例如核稳定性的极限，以及对X粒子等奇特粒子的搜寻。

然而，由于QGP即使在宇宙大爆炸之后也只持续了几微秒，科学家很难直接观测到它，即使在RHIC或CERN大型强子对撞机（LHC）这样的粒子对撞机内部也是如此。

因此，科学家唯一能知道QGP是否形成的方法，是利用RHIC的螺线管径迹探测器或STAR探测器等探测器，研究从原子核碰撞中飞出的粒子。

“科学家研究QGP最有力的方法之一，是确定其特征信号出现在哪里——同样重要的是，确定这些信号在哪里消失，”参与这项工作的山东大学物理学教授李毅说。

研究人员此前发现，高能粒子喷注在穿过粒子对撞机内原子核碰撞后留下的炽热、致密物质时会损失能量。

这被称为喷注淬火，被认为是QGP形成的标志。

什么是喷注淬火？ 当粒子对撞机将金等较重的原子核相互轰击时，它们的边界会瓦解，质子和中子中的夸克和胶子被释放出来。

这些碰撞遵循爱因斯坦著名的E=mc²方程，并相应释放能量。

由于形成的QGP比原子核本身还小，研究人员利用探测器来发现这些原子核碰撞后飞出的其他粒子。

然而，在观测中，研究人员发现一些粒子从这些碰撞中飞出时能量低于预期，就好像它们被等离子体中的夸克和胶子困住了一样。

为了进一步理解这一点，研究人员研究当原子核中的单个夸克或胶子与另一个原子核中的单个夸克或胶子碰撞时释放的能量喷注。

这种碰撞会在碰撞区边缘产生两束高能粒子喷注，帮助研究人员通过观察这些粒子的能量损失来研究QGP。

这种喷注淬火对于理解QGP至关重要，同时也是其存在的明显迹象。

研究氧原子核碰撞 RHIC的研究人员曾在金-金碰撞中观察到喷注淬火。

金原子核有78个质子和118个中子，属于相对较大的原子核；研究发现，从这些碰撞中产生的较低能量粒子会集体运动，像一种没有阻力的完美液体。

研究人员想知道，如果他们使用包含氧等较轻元素原子核的系统，是否会得到类似的观测结果。

每个碰撞氧原子核只有8个质子和8个中子，因此氧提供了一个比金或铅等重原子核更简单的系统来观测喷注淬火。

利用RHIC在2021年以2000亿电子伏特（GeV）进行的氧-氧碰撞数据，该团队发现，由于喷注淬火，高能粒子被抑制了20%。

虽然这一抑制程度低于金和铅对应的情况，但仍能证明QGP的形成。

由于LHC的研究人员也研究过氧-氧碰撞，RHIC团队可以将自己的发现与CERN研究人员的结果进行比较。

“我们正从两个方面推进边界，以探索产生QGP的最低条件：一方面通过观察这些小型氧-氧碰撞来研究原子核尺寸，另一方面也研究较低碰撞能量的数据——而我们仍然看到了这一关键的QGP特征。

这是我们测量的独特之处，”布鲁克海文国家实验室STAR物理学家马荣荣在新闻稿中解释道。

随着新的sPHENIX探测器如今成为RHIC粒子对撞机装置的一部分，未来关于氧-氧碰撞还将有更多发现。

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！

读懂量子纠缠的核心，彻底告别“超光速”误区

经常刷量子科普的朋友，大概率听过两个高频词：量子纠缠和超光速。

网络上随处可见这样的说法：“两个纠缠粒子相隔亿万光年，状态仍能瞬间同步，实现超光速通信，颠覆相对论！” 很多人看完都一头雾水：量子纠缠的瞬时联动，看着明明是超光速，为什么科学界一直说不违反相对论？ 今天我们就用零基础能看懂的逻辑，拆解量子纠缠最核心的特性——非定域性。

一次性讲透：量子非定域性是真的、量子纠缠的超距关联是真的，但它绝对不等于超光速传信。

读完这篇，你就能避开90%的量子力学科普误区。

一、什么是量子非定域性？量子世界的“超距关联” 在我们熟悉的经典物理世界里，一切作用都遵循定域性原理。

简单来说：一个物体只能被它周围的环境、接触的力所影响，不存在隔空瞬时作用。

所有能量、信息、力的传递，都需要介质、需要时间，且速度无法超越光速。

这也是经典物理学和相对论的底层基石。

但量子世界彻底打破了这个规则，诞生了量子力学的核心特性——非定域性。

所谓量子非定域性，指的是处于纠缠态的两个量子粒子，会形成一种绝对的超距内禀关联。

无论两个粒子相距几公里、几光年、甚至亿万光年，没有任何物理介质连接，不受电磁、引力屏蔽影响，只要对其中一个粒子进行测量，另一个粒子的量子状态会瞬间同步坍缩、瞬间对应变化。

当年爱因斯坦首次发现这种诡异特性时，直呼其为“幽灵般的超距作用”，甚至一度质疑量子力学理论并不完备。

而近百年的无数实验（贝尔实验、阿斯佩实验等）反复证实：量子非定域性是真实存在的物理现象，不是理论假设，不是科学猜想。

这也是量子纠缠最神奇、最区别于经典世界的核心本质。

没有非定域性，就没有量子纠缠，更没有后续的量子通信、量子计算技术。

二、大众最大误区：把“瞬时关联”当成“超光速传信” 既然粒子状态能瞬间联动，速度远超光速，为什么不能实现超光速通信？ 这是所有量子误区的根源：混淆了量子关联和信息传递。

我们必须分清两个完全不同的概念：状态关联和有效信号传输。

很多科普营销号的错误逻辑很简单：粒子状态瞬间变化=信息瞬间传递=超光速。

但从严谨的量子力学角度来看，这完全不成立，核心原因有两点： 1. 量子测量结果是完全随机、不可控的 纠缠粒子的状态同步，是随机结果的关联匹配，而非人为可控的信号输出。

举个通俗的例子：我们将一对纠缠光子拆分，A光子留在地球，B光子送往比邻星（4.2光年外）。

当我们测量地球的A光子时，会随机得到一个状态（比如自旋向上），此时比邻星的B光子会瞬间固定为对应状态（自旋向下）。

重点来了：我们无法控制A光子的测量结果。

我们不能人为让它固定为“向上”或“向下”，每一次测量的结果都是纯随机、不可预判、不可操控的。

而人类的“通信传信”，核心是可控编码。

我们发微信、打电话、传数据，本质是主动输出固定信息（0和1、文字、信号），对方接收后能获取有效内容。

随机、不可控的状态变化，无法编码任何有效信息，自然算不上信号传输。

2. 关联结果必须靠经典通信验证，无法独立传信 两地的纠缠粒子状态，虽然是瞬时同步的，但两端的观测者单独看自己的粒子，只能看到一堆杂乱随机的数据，完全看不出任何关联规律。

只有当两地观测者通过经典通信方式（光速及以下），核对、比对各自的测量数据后，才能发现：两组随机数据完美匹配、存在绝对关联。

也就是说：量子纠缠只提供了“关联可能性”，完整的信息验证、信息交互，依然受制于光速极限。

这也是量子力学无通信定理的核心结论：量子非定域关联无法用于超光速传递任何有效信息，不突破相对论光速壁垒。

三、权威定论：非定域真实存在，相对论依然不可推翻 看到这里大家就能明白：爱因斯坦当年忌惮的“超光速悖论”，其实根本不存在。

我们可以记住两个绝对严谨、经过实验验证的核心结论： 1.量子非定域性真实有效：纠缠粒子的超距瞬时关联是客观物理事实，经典定域性原理在量子尺度完全失效； 2.无超光速信号、无因果崩塌：量子纠缠不传递信息、不传递能量、不改变因果关系，完全兼容狭义相对论。

很多人会疑惑：既然不能超光速传信，为什么还要研究量子纠缠、量子通信？ 这里再纠正一个关键误区：量子通信不是“超光速通信”。

量子通信的核心价值，不是提速，而是加密。

依靠量子纠缠的非定域关联特性，实现密钥的绝对安全分发，一旦信息被窃听、拦截，量子状态会立刻坍缩，被双方精准察觉，从物理层面杜绝窃听可能。

而我们常听到的量子隐形传态技术，同样需要经典通信配合，整体传输速度依然无法超越光速，从未突破物理规则。

四、通俗总结：一句话分清核心逻辑 最后用最简单的话帮大家彻底理清： •量子非定域性：粒子状态的瞬时超距关联（真实物理现象） •超光速信号：可控有效信息的超光速传输（物理上不可能） 量子纠缠的“瞬间联动”，是量子系统本身的内禀属性，不是能量、信息的传递。

它惊艳、颠覆认知，但绝不违背现代物理学的底层规则。

之所以网上“量子超光速”“量子颠覆相对论”的谣言满天飞，本质都是混淆了“状态关联”和“信息传输”两个基础概念。

量子力学是人类目前最精准、最成熟的物理理论之一，它神奇但不玄幻，颠覆常识但绝不违背严谨的科学规律。

很多看似“打破常理”的量子现象，背后都有一套完整、经过百年实验验证的逻辑。

希望这篇文章，能帮你跳出碎片化科普的误区，读懂量子纠缠最核心的真相。

如果你还想了解量子密钥分发、贝尔实验、量子隐形传态的具体原理，或者想解锁更多反常识但真实的量子科普，欢迎在评论区留言交流！