袁岚峰：量子跟玄学究竟是什么关系? | 科学世界·视点

如果问，现代科技哪一个领域在大众文化中最经常被跟算命、星座等玄学拉扯到一起？答案肯定是量子力学。因为在许多人看来，量子力学的特点就是模模糊糊，例如人们常常开玩笑地说某个事物处于薛定谔的状态，意思就是你搞不清它是个什么状态，你一测量它就变了。此外，公众往往听说过，量子力学允许发生一些在经典世界不可思议的事，例如穿墙术(量子隧穿)。因此出现了这样的“梗”：“遇事不决，量子力学；解释不通，穿越时空。”

在某种意义上，玩这些“梗”对学术界来说是喜闻乐见的，因为有助于量子力学概念的传播。然而，有些人不是玩“梗”，而是一本正经地宣称量子力学证明了玄学，甚至推出各种所谓“量子禅修”“量子改命”“量子疗愈”的产品，这就完全是另一回事了。下面我们就来谈谈，量子跟玄学究竟是什么关系。

Part.1

量子力学与玄学是什么关系？

其实一句话的回答是：没有关系。量子力学的来源是实验事实，而不是任何神秘主义。量子力学出现以后，也不能用来证明任何神秘主义。

例如原子光谱最大的特点是它是个离散谱，即只在某些特定的频率有谱线。这个实验事实强烈地启示我们，原子中的电子可以取到的能量是离散的，或者说是量子化（quantized）的。事实上，这就是"量子"（quantum）这个词的意思。量子力学就来自对这些实验现象的研究，如原子光谱、黑体辐射、光电效应等。

经常听到类似这样的说法：“科学家千辛万苦爬到山顶时，发现玄学大师已经在此等候多时了。”这种说法的问题在于，完全忽视了量子力学的精确性。

Part.2

日常技术中的量子力学案例

我们需要强调一下，量子力学是一门科学，而且是所有科学领域中最基础的之一。科学最大的特点之一，就是它是非常精确的，它能够定量地指导很多实践。

例如我们日常用的技术，手机、计算机、互联网、电视、激光笔、发光二极管等，都建立在量子力学的基础上。这些技术具有高度的可靠性和精确性，可靠到我们很多时候都忘了它们属于技术奇迹。

再来举个深入一点的例子。手机和计算机的基础都是半导体技术，而半导体的科学原理是从量子力学推导出来的能带理论。如果没有量子力学，我们连导体和绝缘体都解释不了，更不用说半导体和超导体。

在能带理论的基础上，我们先是造出了晶体管，然后把大量的晶体管集成起来，造出了集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路等。

现在许多人可能都没听说过集成电路、大规模集成电路这些词，因为现在的芯片集成度又大大地超过了以前的超大规模集成电路（一块硅片上超过100000个元件，64K的随机存储器就属于超大规模了）。另一个直观的指标是晶体管的特征尺度，称为线宽。超大规模集成电路的线宽刚刚进入微米量级，即10-6米。而现在的芯片线宽常用单位是纳米，即千分之一微米，10-9米，大约只有10个原子的尺度。这样的进步速度，堪称当代最大的技术奇迹之一！

Part.3

量子力学的基础研究案例

前面说的都是日常技术，下面再来举一些基础研究的例子。

图片来源于网络

例1：1秒定义的变化

1秒是多长？其实秒的定义在历史上发生过多次变化，最初是地球的自转周期即1天的86400分之1，然后是地球的公转周期即1年的31556925.9747分之1。这些定义显而易见有问题，因为地球的自转周期和公转周期都是在变化的。

到1967年，秒的定义变成了：铯133原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9192631770个周期。这个定义就好多了，因为原子能级是由量子力学原理决定的，即使是完全不知道地球在哪里的外星人也能复现这个定义。

然而故事还没有结束，随着量子精密测量技术的进步，时间测量和传递的精度也在不断提高。现在时间的测量精度达到了，从宇宙诞生以来到现在，即138亿年的时间里，误差不到1秒。要让不同地方的时钟对准，还需要时间的传递。2022年，中国科学技术大学潘建伟院士团队实现了百千米级的自由空间高精度时间频率传递实验，时间传递稳定度达到飞秒(即10-15秒)量级，可满足目前最高精度光钟的时间传递要求。2026年的国际计量大会预计会提出下一代秒的定义的路线图，在2030年最终确定技术方案。

例2：无量纲常数——“精细结构常数”

再举一个例子。有一个非常重要的无量纲常数叫作“精细结构常数”，它是处于最低能量的氢原子中电子的速度与光速的比值，约等于1/137，往往写作α。实验家在不断刷新对精细结构常数的测量精度，例如2020年12月，法国科学家圭拉提一凯利法（Saida Guellati-Khlifa）等人的测量值是1/α=137.035999206(11)。这个测量精度达到万亿分之八十一，而在这么高的精度上，测量结果跟理论预测保持一致！

关于精细结构常数，还有另一条“研究”路线，就是用某种数学理论把它推出来。

在这当中最著名的是爱丁顿（Arthur Stanley Eddington,1882~1944），就是1919年观测日全食验证广义相对论、让爱因斯坦成为大众偶像的那位英国天文学家。爱丁顿最初用纯逻辑"证明"，精细结构常数的倒数：

咦，怎么是136？不应该是137吗？这是因为当时对精细结构常数的1测量值约等于1/136。后来更精确的测1量结果出来了，发现它更接近1/137。然后您猜怎么着？爱丁顿宣称他原先的计算中有个错误，修正那个错误后应该加上1，于是又与时俱进地变成了137。爱丁顿的学生们因此给他起了个外号，叫作Adding-One（加上一）！

现在我们当然知道，精细结构常数的倒数并不是个整数。这并没有阻止玄学家们的热情，他们提出了种种越来越神奇的理论，例如：

这些数学游戏本质上跟认为6、8和9吉利的朴素的迷信是同样的。这种数字神秘主义很像毕达哥拉斯和开普勒当年做过的事，他们希望用纯数学来解释宇宙或太阳系的结构。毕达哥拉斯和开普勒没有成功，对精细结构常数的数字神秘主义也没有成功。不过相对而言，在玄学内部，这些人还算是相当不错的，因为他们至少能给出定量的预测，愿意接受实验的检验，这比那些纯粹拿语言蒙人的心灵鸡汤已经强太多了！

总而言之，量子力学的一大特点就是，它是人类历史上最精确的理论之一。这可能会让很多人惊讶，因为他们以为，量子力学的特点是一切都模模糊糊的，“测不准”嘛。但实际上，这是一个巨大的误解，源自量子力学数学形式的高深和某些大众传媒的浅薄。真正学过量子力学的人会知道，所谓测不准原理其实是一个有严格证明的定理，它的实际意思不是量子力学中一切都是模糊的，而是量子力学中的物理量取值存在分布，多个物理量的分布宽度的乘积存在下限。对测不准原理，我们会在以后详细解释。

Part.4

什么是玄学？

好，了解了这么多量子力学的特点，我们回头再来看看玄学。

请问，玄学能不能产生任何精确的技术，例如造出一个手机、一台计算机、一支激光笔？答案是不能。玄学能不能做出任何精确的预言，例如预测一个原子光谱、一个分子结构、一个材料性质？答案是不能。

玄学能不能解决任何开放问题，例如精细结构常数究竟是不是常数？答案仍然是不能。

所以让我们再来看看这种说法：“科学家千辛万苦爬到山顶时，发现玄学大师已经在此等候多时了。”现在我们明白，这种说法纯属拉大旗作虎皮。玄学大师如果真那么厉害，为什么要在山顶等着呢？为什么不早点下山做出点有用的东西呢？

Part.5

量子力学与哲学的关系

最后，关于量子力学与哲学的关系，我们再来说几句。请注意这里说的是哲学，而不是玄学，因为哲学是在信息不足的情况下尽量讲道理，是一门严肃的学问，而玄学是不讲道理，或者讲假道理，而且往往是在信息其实早就有的情况下也不去学，只会讲自己那些语言游戏。

在我看来，量子力学跟哲学的关系是很密切的，主要是量子力学指导哲学的发展，而不是哲学指导量子力学的发展。量子力学确实推翻了经典力学的很多基本观点，如物理量在测量之前必然有个确定的值。

到目前为止，量子力学还有很多基本问题搞不清楚，众说纷纭。例如：测量究竟是什么样的操作？测量跟意识有没有关系？为什么测量时的物理规律和没有测量时的物理规律不一样，前者是随机突变，后者是确定演化？量子世界和经典世界之间有没有一条明确的界？量子力学在人脑中有没有发挥作用？这些当然都是重要的问题，我们不应该假装这些问题不存在，其实它们正是科学的生长点。

有很多科学家在认真研究这些问题，提出了很多理论，还在做或者准备做很多实验，这些是重要的科学前沿，但我们需要分清它们跟玄学的区别。事实上，如果按照精确性的标准来分辨，那么很容易分辨。

本文摘编自杂志2025年第11期，文章内容略有删改。

实习编辑 | 扶佳燕

■ 作者简介

袁岚峰

中国科学技术大学科技传播系副主任

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员

科技与战略风云学会会长

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