“物理定律不能單靠“思維”來獲得，還應致力於觀察和實驗。”——普朗克

在我們日常生活中，事物總是以它們既定的方式發生，不管我們看不看，所有的一切都不會發生任何變化。看見你桌子上的水杯了嗎？不管我們看不看它，它一直在那，永遠不會消失也永遠屬於你！這就是我們這個巨集觀世界的現實性和確定性。

當然，如果是上級或者自己暗戀的人在看你，你可能會感到不自在或者心跳加速，觀察改變了你的狀態，這可不屬於量子力學的範疇，這是你自己個人的原因。但量子世界與我們這個巨集觀世界截然不同，量子世界的粒子都處在波函式的疊加態中，充滿了不確定性，當我們觀察粒子的時候，粒子就會表現出確定性的單量子態，這是怎麼回事？什麼是量子“觀測”？是觀察者的出現改變了一切？讓我們從這兩個經典、古怪的量子實驗說起。

首先是楊氏雙縫干涉實驗。很長一段時間以來，由牛頓主導的“粒子說”一直統治著人們對光的認識，這裡說的“粒子”和我們現在說的粒子不同，牛頓說的“粒子”是真真切切的實物粒子，就像石子或者沙子，任何你能想到的微小顆粒！

微小實物粒子的行為與波浪（如水波）不同。如果我們抓起一把石子向一個有雙狹縫的螢幕扔過去，顯而易見大多數的石子都會被螢幕擋住。但是在裂縫的位置，會有那麼幾顆石子有幸穿過去。結果就是通過狹縫我們會得到兩堆石子，一堆來自左邊的狹縫，另外一堆來自右邊的狹縫！

這就是實物粒子的行為，不管你扔多少次，也不管你扔的時候有沒有觀察這些石子，都會得到這樣的結果：每個狹縫後面各一堆石子。

那麼現在我們把石子換成波，最常見的就是水波，也很容易製造。找一個水箱，在一端放置一個波浪發生器，中間也放一個有雙狹縫的擋板，這樣水波就只能通過兩個狹縫向外傳播，也相當於創造了兩個波源。

而我們會在雙縫擋板後面的螢幕上得到一個干涉圖樣，有波峰（高點）和波谷（低點），以及介於兩者之間的暗帶。這是一種波的干涉現象，波峰和波谷會互相疊加，也會互相抵消。以上就是波和粒子通過雙縫後不同的表現形式，也是確定一個物質（光）是波還是粒子的手段。

在1799年至1801年間，托馬斯·楊進行了一系列實驗就是為了驗證光的性質，也就是著名的楊氏雙縫干涉，讓光通過兩條狹縫，我們就能確定光的行為是像粒子還是像波。這是我們在大學物理入門實驗室裡做的第一個標準實驗，光通過狹縫我們會看到下圖中的模式：

上圖可以看到，光通過狹縫後發生了干涉現象。托馬斯·楊的實驗也就一舉奠定了光的波動說。從此人們就認為光是一種波。但是到了20世紀初，光電效應的發現，愛因斯坦在普朗克量子理論的基礎上將光量化為光子，只有這樣才能解釋光電效應，這似乎又表明光是一個粒子，而不是波，但光也會形成波狀的干涉圖樣，所以事情就變得越來越奇怪了。

在20世紀20年代，物理學家們做了同樣的實驗，但是這次用的是電子而不是光子。那麼實驗的結果會發生什麼？

科學家在雙縫處發射一束電子（從經歷β衰變的放射源中獲得電子）並在雙縫擋板的後面放一個螢幕時，我們會看到什麼樣的模式？像粒子？像波？

一直被人們認為是粒子的電子，表現出了波的性質，在螢幕上產生了類似於波的干涉圖樣！這個發現有點太讓人匪夷所思了，所以科學家一開始也在想是哪裡出了問題，一次性發射一束電子流會不會是電子和電子之間有干擾？所以科學家就一次傳送一個電子，看看螢幕上會出現了什麼？下圖就是不斷地發射單個電子後在螢幕上形成地圖案。

(a) 11、(b) 200、(c) 6000、(d) 40000和(e) 140,000個電子之後，電子通過雙狹縫的圖案。

不知什麼原因，當每個電子通過狹縫時，它們都會與自己發生干涉！不僅是物理學家，我們這時也能想到一個問題：電子究竟是怎樣和自己發生干涉地？如果電子是粒子，它們應該像石子或者子彈一樣，要麼通過一個狹縫，要麼通過另一個狹縫。

那麼每次發射一個電子，它會通過哪個狹縫呢？科學家設定了一個“門”(用光子照射穿過狹縫的電子）來觀察每一個電子穿過的狹縫地情況，並且很肯定地發現，電子總是通過一個狹縫或另一個狹縫。當科學家再次觀察螢幕上出現的圖案時，電子卻表現出了粒子的模式，而不是波模式。換句話說，電子似乎知道我們在觀察它！

上圖可以看到單個電子在沒有被觀察的時候，表現出來波的性質，會同時穿過兩個狹縫，並與自己發生干涉；當我們觀察電子的時候，電子會表現出粒子的行為，會穿過兩個狹縫中的一個，在螢幕上形成兩堆電子！

正如物理學家有時所描述的那樣，觀察的行為會改變結果。這聽起來真的很奇怪，但實際上幾乎所有的量子系統都是這樣建立起來的：事物發展的所有可能結果都處在波狀疊加態中，直到你做出關鍵的“觀察”，這會迫使系統給出一個真正的答案。這就是量子世界！

許多粒子都可以建立一個糾纏態，在一個糾纏態的整體系統中自旋為0，例如,±½電子,±1光子等等，在進行測量之前，糾纏態中的每一個粒子都是正態和負態的疊加態。但是，一旦我們“觀察”其中一個粒子的屬性，我們就會立即知道另一個粒子的相應屬性。如果你觀察到一個電子得自旋為+½，那麼另外一個肯定是-½。

量子糾纏的現象確實很奇怪，因為就像通過狹縫的電子一樣，粒子在疊加狀態時的行為與被迫處於確定狀態時的行為不同。從理論上講，兩個糾纏在一起的粒子，即使另一個在一光年之外，通過“觀察”第一個粒子，確定它的自旋狀態，我們就能立即知道另一個粒子的自旋狀態；並不需要等一年的光傳輸訊號。

量子糾纏似乎違反在相對論中對於資訊傳遞所設定的速度極限。也似乎違反了現實的局域性。

這就是愛因斯坦所說的鬼魅般的超距作用，但事實確實是如此。跟愛因斯坦一樣，當時很多人對量子糾纏感到困惑，而解決這個問題的方法就是貝爾提出，這也是為什麼被稱為貝爾定理，我們稱之為非局域性現象。

觀察兩個粒子然後分開（a）。將兩個粒子糾纏然後分開，每個粒子都處在都處在量子疊加態（b）。然而，觀察（c）中的一個粒子，就可以讓你瞬間知道另一個的狀態！

雖然貝爾定理否定了現在的局域性，但是公平的說，這並沒有打破資訊傳遞的光速極限問題。當你測量你的粒子時，離你一光年遠的人不會注意到他們的粒子有任何奇怪的地方；只有當你把你的粒子和一光年遠的粒子放在一起時，或者從一光年遠的地方得到資訊，兩者都受到光速的限制，你才能觀察到兩個粒子的狀態。

與上文中說的正好相反，你是否認為正是因為我們的觀察讓電子錶現出了粒子的狀態，讓糾纏的粒子表現除了確定的量子態，其實這一切與你無關，與觀察者無關。

關於測量和觀察的討論，這其中隱藏了一個真實的真相：為了進行這些觀察，我們需要讓一個量子粒子與我們試圖觀察的粒子發生相互作用。如果我們想要進行對量子粒子的特殊測量，我們就需要這種相互作用發生在一定的能量閾值之上！

量子的狀態與你或“觀察行為”無關；相反，量子的狀態與你是否有足夠的能量進行相互作用的“觀察”有關。換句話說，就是“觀察”時會將粒子限制在一個或另一個特定的量子狀態中！

對於一個“觀察”穿過狹縫的電子來說，這意味著強迫電子與光子發生相互作用，而光子可以很好地約束電子的位置，從而讓電子確定地穿過一個狹縫。對自旋+1或-1的光子來說，光子的偏振對測量十分敏感，“觀測”會對光子的電磁場型別產生敏感的相互作用。

所以綜上所述：觀測是一種量子相互作用，它足以決定一個系統的量子態，也屬於一種量子行為！