上一课我们讲到海森堡使用矩阵力学在研究电子的运动时发现，电子的位置与动量之间存在着某种不确定的共轭关系。海森堡认为造成这个不确定关系的原因正是测量这个行为，它影响了电子自身的状态，但是波尔却不这么认为。
波尔提出，不确定关系和测不测量，用何种方式进行测量没有任何关系。造成一对共轭物理量不确定关系的原因，来自基本粒子的“波粒二象性”。这和基本粒子的质量，电核量一样，是它自身的一种基本属性，正是这种与生俱来的基本属性，导致了不确定原理。
波尔为什么会这样说，在费恩曼讲义上提到了一个非常有趣的例子，如图

前几课中我们讲到，一束电子垂直穿过一个小孔后会在靶屏幕上形成一个衍射图样(右侧曲线)。我们先来分析一下系统的初始状态，电子束在图中有着x轴上的动量，当一个电子穿过小孔B后会击中靶屏幕形成一个光点。按照经典力学的描述，一束电子最终应该是在靶屏幕上形成一个与小孔B孔径一样大小的光斑。但是由于电子具有波动性，实际上一束电子穿过小孔B之后靶屏幕上形成的是一个波动的衍射图像，这个衍射图像的直径远比孔B的孔径大的多。现在问题来了，设某个电子穿过小孔B后在靶屏幕上的落点为C，那么这个电子在Y轴上的动量从何而来？物理学要求我们能量守恒，动量守恒，在这样一个封闭系统中我们知道初始条件(X轴上的动量)与电子的位置C后，不管用什么办法都无法计算出它在Y轴上的动量！同样的，如果我们使用波动解析来计算某个电子的动量，那么电子最后在靶屏幕上的落点就彻彻底底成为了一个随机的位置，它有可能出现在这个衍射图像上的任何一点。

看，这就是量子力学中的不确定原理，它在一定范围中存在着无法预估的随机性。在明确初始条件后我们无法对某一时间后的结果作出一个唯一的准确的预期。
故事讲到这里，还会有朋友对来自经典理论中的决定论抱持着100%的信心吗？在很多不明真相的吃瓜群众脑海中，量子力学推导出的一些随机的结果是因为人类工业能力的不足，如果能制造更精密，对系统干扰更小的观测设备，那么我们一定能够推翻不确定原理！但作者告诉你，不确定原理来自基本粒子自带的基础属性，它是主导我们所处宇宙的一条基础规则。
在这里会有很多民科朋友认为，实验中空气中的分子会对电子运动规律造成不可预估的影响，但作者告诉你，电子衍射实验是在真空暗室环境下进行的，它已经排除了空气和环境光子带来的实验误差。还有些同学认为，一束电子中多个电子相互之间的库伦力对电子的运动轨迹产生了影响，其实单电子衍射干涉实验物理学家们不知做了多少次，将电子一个一个向小孔发射，虽然每次我们只能在靶屏幕上得当一个光点，但发射的电子数量足够多之后，靶屏幕上的衍射图像依然非常清晰。仍有不死心的杠精认为，电子在穿过小孔时，构成小孔的原子的电磁场干扰了电子的运动，但是他们没有想过，当把电子速度加速到一定程度时，电子的动量早就比干扰因素大出了几个数量级，在计算中这些干扰带来的比例不知道要写到小数点之后的多少位了，在这个系统中我们可以完全把这些干扰忽略不计。
前不久来自耶鲁大学的一篇实验论文，在多个自媒体笔下声称推翻了量子力学的基础，推倒了不确定原理，我们的世界又回到了经典决定论的主宰之下，这是真的吗？
下一课，作者要带大家了解这个实验究竟发现了些什么。
待续。

上一课我们讲到了量子力学中的不确定原理，它和“测不准”有着本质性的区别。不确定原理是主导我们所处宇宙的基本规则之一，它是由于基本粒子的“波粒二象性”这一内禀属性所带来的必然结果。可以这么说，在某种范围内的不确定性也是基本粒子的一个最基本的特征。
然而就在前不久，来自耶鲁大学的一篇实验论文发表在“自然”期刊上，这一论文在某些渠道中被传播的有些离谱，声称推翻量子力学的基础，不确定原理在实验中已经变为确定如何如何吧啦吧啦。
好了，废话不再多说，我们先来看看这个实验究竟是为了研究什么。在论文中很明确的提到，此实验是关于“quantum jump”的研究。这个quantum jump翻译成中文就是“量子跃迁”。哦？如果作者的前几课各位同学认真听过了，看到这里应该明白这个实验是在对于电子在原子能级上的跃迁作研究。
什么，前面课上你就没把这问题整明白？行吧，咱们先来详细了解一下这个quantum jump是个啥。哥本哈根学派大神波尔在研究原子光谱时发现，电子在原子内部的运动是一个离散的“跃迁”状态，原子内部有着固定的几条电子能级，电子只能在这些能级上做跃迁运动。如果原子内部只有能级E1和E2，那么处于E2能级上的电子吸收一个E1-E2=hv的光子瞬间向E1能级跃迁。嗯，我们可以把电子处于E2能级上的状态叫做“基态”，然后把电子处于E1能级上的状态称为“激发态”。然而原子的激发态并不稳定，它总是要想办法回到基态，于是处于激发态的原子释放出一个E1-E2=hv的光子回到基态。

那么，原子基态与激发态之间的转化有没有必要条件呢？有的，在上面我们可以看到，当处于基态的原子吸收一个刚好满足跃迁条件的光子时，则马上跃迁进入激发态。那么处于激发态的原子退回基态的过程有没有一个必要条件呢？也有的，当处于激发态的原子再次受到一个E1-E2=hv的光子刺激时，它会释放一个同样的光子回到基态，我们称这个过程叫做“受激辐射”。我们可以形象的理解这个受激辐射过程，一个光子“撞”向一个处于激发态的原子，则这个原子转化为基态，同时“弹”回来两个一模一样的光子。
看到这里，大家都应该能明白了，原子受光子激发，在激发态与基态之间转变。这个转变过程有着两种对称的形式，这两个形式的必要条件都是受到E1-E2=hv这个光子的激发，这不是一个随机的过程。但是这样一来，就完全违背了热力学第二定律了！
耶，我们不是在讨论量子跃迁吗？怎么突然混进来一个热力学第二定律？我们先来看看热力学第二定律在讲什么。热力学第二定律要求我们，温度不能自发的由温低的物质向温度高的物质传递。这个问题可以换一个方式理解，一个封闭系统中的能量总是趋向于均匀分布，当某处的能量更高时，总是向能量更低的区域流动。但这又和量子跃迁有什么必然关系呢？
现在我们来假设有这样一砣原子，其中有50%的原子处于基态，另外的50%处于激发态。此时一束满足E1-E2=hv的电磁波照射过来。如果基态与激发态的转变只有以上两个形式，那么可以预判的是，入射的电磁波一定和辐射出的电磁波一模一样，不会有半个hv的差别。然而实际情况并非这样，如果这坨原子周围的能量比它自身的能量状态更低，那么不可避免的，入射的电磁波一定低于辐射出的电磁波总量。
于是为了满足热力学第二定律，为了满足玻尔兹曼分布，物理学家们对量子跃迁加入了第三个状态。处于激发态的原子在没有外部条件的刺激下也会自发的向基态转变，这就是耶鲁大学这个实验研究的课题，“自发辐射”。
好吧，原谅作者极其不严谨的从科普的角度讲述了量子跃迁，下一课，我们来看看耶鲁大学的这个实验对于自发辐射这个现象有了哪些发现。
待续。

上一课中我们聊到了“量子跃迁”，原子的基态与激发态的转化有着三种形式。
1.吸收形态:处于基态的原子吸收一个满足E1-E2=hv的光子，则转化为激发态。
2.受激辐射:处于激发态的原子受到一个E1-E2=hv的光子刺激，则辐射出一个一模一样的光子转化为基态。
3.自发辐射:处于激发态的原子，会自发的辐射出一个E1-E2=hv的光子转化为基态。
在以往的物理学研究中，我们一直认为自发辐射是一个完全随机的过程，然而耶鲁大学在一项实验中发现，这个自发辐射并不是完全随机的自发过程，它依然有着一些确定的规律。
在这篇论文中，作者提到了一些在实验中发现的有趣现象。实验发现中，量子跃迁并不是一个瞬时发生的现象，虽然转变的时间非常短暂，但它确实经历了一个经典的过程(具体的描述老卡没有看的特别明白，水平有限，谅解)。
另外，有一些确定的外部因素导致了量子跃迁的发生，甚至当这个外部因素在量子跃迁的过程中停止下来，这个量子跃迁的过程依然会持续下去。如果在量子跃迁的过程中加入一个人为的干预，甚至可以让这个过程发生逆转，让处于量子跃迁中的状态不再进行下去，退回到之前的状态。
好了，这就这项实验得出的结论，原谅老卡水平有限，只能理解这么多了。但在这些结论中已经可以看到，这个实验和不确定原理根本一点关系没有，实验论文中完全没有提到能够同时获得一个基本粒子的动量和位置的信息，不管是实际观测到还是由实验数据计算得出。论文作者也在最后的总结提到“实验数据并不违背现代物理学基础理论”。
在这里老卡想告诉同学们，不确定关系是量子力学中的一条最基础的理论，如果有一天不确定原理真的被真伪了，意味着量子力学的大厦已经轰然倒塌了，这在物理学界绝对比爆发十颗八颗热核武器更可怕。
对于能够证伪不确定原理的方法，老卡思来想去只有一个，那就是证伪德布罗意波理论，证伪基本粒子的波粒二象性！这在老卡看来，完全是一件不可思议的事。
好了，关于不确定原理，我们聊了不少的篇幅。在下一课之前，让我们来轻松一下，作者来给大家八卦一下波尔与海森堡之间的爱恨情仇，敬请期待哦。
待续。