欧洲史话 202 波函数否决确定，抗生素击败细菌

大家好，我是枫落白衣，上集说到法国公爵德布罗意抛出了“万物皆波”理论，至于说你为啥不天天抖来抖去的，公爵大人的那个公式就可以解释。把你这100来斤放在公式下面，用那个6乘以10的-34次方的普朗克常数去除，只能有一个结果，大哥，您太胖了，根本除不动，得出的波长近乎等于0，这样一来，在宏观上，你就是一堆不抖动的肉。你必须要瘦成一道闪电，像电子，光子那么小，才会抖得像波一样，而我们就是由无数个抖动的微观粒子组成的，看起来只是不抖动的一堆肉。

一、大名鼎鼎的“哥本哈根诠释”

在物质波理论诞生之后，另一位大神，或者说渣男出场，之所以叫1887年出生于维也纳的埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger）为渣男，是因为他的情人名单一本日记本都写不下，这家伙渣是真渣，但聪明也是真聪明。

1926年的时候，薛定谔还没有拎出那只大肥猫，他只是推出了一个公式，叫薛定谔方程（Schrödinger equation），用来描述既有波的特性又有粒子特性的微观粒子们。

关于这个方程，薛定谔的本意是用来描述微小粒子的抖动，不过他的方法很取巧，这哥们参照了很多试验结果改方程，你还别说，最后还真让他改出了一个符合所有试验的方程，但可惜的是，此人最后把自己也绕蒙圈了，他解释不明白为啥方程是这样的，只能含含糊糊地说和粒子的电荷多少有关系。

只不过呢，无论是德布罗意公爵的“波粒二重性”，还是薛定谔的微观粒子运动方程，都没办法说明一件事，就是这个既是粒子也是波的光，到底啥时候是波，啥时候又是粒子呢？这个转变是由谁说了算呢？

于是，大名鼎鼎的“哥本哈根诠释”（Copenhagen interpretation）随即登场。

首先出场的是德国人马克思·玻恩（Max Born），他指出了一个让薛定谔目瞪口呆的事实，那就是薛定谔搞出来的那个方程根本就不是什么电荷密度，它本质上表现的是某件事的概率密度。你可以这样理解，无数个微观粒子，漂浮在宇宙里，它们全都以“概率”的方式弥漫了整个宇宙，既可以说它们在火星上，也可以说在地球上，而它们的存在，只能以在火星上的概率和在地球上的概率，叠加到一起的一个方程式来表示，这种状态称为“叠加态”，而薛定谔的那个方程也必须改名叫“波函数”。

关于微观粒子的叠加态，我这里要举一个例子，否则你很可能理解错了。我们说独居的隔壁老王某一天回家，听见浴室有洗澡的声音，对于老王来说，这个人可能是女的，也可能是男的，但不管老王是不是打开门去看，洗澡之人是男还是女，客观上是早就确定的，只是老王不知道而已，我们说这种现象并不是叠加态。真正对叠加态理解正确的是：在隔壁老王家里浴室洗澡的，是一团啥也不是，却又啥都是的“东西”，既是人，也不是人，既是男人，也是女人，它是所有可能的一个叠加。

如果你读过老子的《道德经》，可能更好理解一点，老子在形容“道”的时候，说过这样的话：“道之为物，惟恍惟惚……恍兮惚兮，其中有物。”到底是啥呢？大哥，不知“道”啊，那怎么样才能知“道”呢？往下看。

在波恩出场的同时，另一个德国人和一个丹麦人也出场了，德国人叫维尔纳·海森堡（Werner Heisenberg），他不仅搞出了和“波函数”差不多的矩阵方程，还提出了一个惊世骇俗的理论，不确定性原理（uncertainty principle），而丹麦人尼尔斯·玻尔（Niels Bohr），贡献了互补原理（Complementarity principle），这些原理是啥意思，我就不细说了，仅仅还是用隔壁老王家浴室里的那团“东西”给你解释一下。

按照海森堡和玻尔的理论，在老王猥琐地打开浴室门，往里面一瞅的这一瞬间，里面立刻从可能是人，也可能不是人，可能是男，也可能是女的状态，变成了具体形态，至于是什么，取决于观察者，也就是隔壁老王，这个过程，叫做波函数塌缩（wave function collapse）。

如果对应到《道德经》上，就变成了“道”的本质是一大团叠加态，你最终得到的“道”，取决你自己如何修，或者说如何观察这个世界，你观察之后，这个世界就在心里形成了一个确定的“道”，或者是波儿，或者是小球。

上面的三个理论就是“哥本哈根诠释”的全部内容，最令人震撼的是“叠加态”和“观察者决定”，它们让世界变得很有意思。按照这套说辞，微观粒子在观测之前，啥也不是，只是一个数学方程的表达式，你不要把它想成任何一种东西，只要你一说它是啥，你就是错的，用一句话总结就是，微观世界在“观察”之前，啥也不是，你最多可以说它是很多种形态在概率上的一个叠加。

这样一来，前面说的拉普拉斯大妖怪还忙活个啥呢？它即便把所有叠加态都算一遍，还是不确定的，一个眼神过去，塌缩了，这大妖怪就白算了。

二、量子力学引发的思考

“哥本哈根学派”在提出他们的观点之后，还强调说，我们并不能解释微观世界为什么是这个样子的，只是想告诉你，它就是这个样子的。可以想象，科学界立马就炸开了锅，因为这听起来绝对不是“科学”，而是玄学。1927年的无数科学家开始跳出来反对了，最积极的，就是整出了波函数的薛定谔，俺的方程让你们这么一瞎解释，全世界都变成概率了？俺反对，坚决反对。

为了嘲笑和讥讽“哥本哈根诠释”，薛定谔这次拎来了那只养了好几年的“大肥猫”，他说我把这只猫放在一个密闭的盒子里，里面有一种可以衰变的物质，还有一个测量衰变放出粒子的计数器，一旦检测到衰变粒子，计数器就启动机关，放出氰化物，干死这只大肥猫。

现在按照你们这仨玩意儿的解释，如果没有人掀开盖子去观察，衰变粒子就是一大团概率波，处在粒子和波动的叠加状态，换句话说，它既是粒子也是波，可这样一来，就意味着俺的这只可怜的大肥猫正处于生和死的叠加状态，它既是活的，也是死的，这怎么可能？然后你玻尔打开盖子，伸长脖子看一眼，哗啦一下，衰变粒子波函数塌缩了，万一猫死了，岂不是你玻尔杀死了俺的猫咪？这也太扯了。

很明显，“薛定谔的猫”现在很出名，但这哥们当时确实没搞懂哥本哈根诠释的真正意思，他以为只有人去观察，波函数才会塌缩。实际上，玻尔随后就给他解释了，不需要人去观察，你的那个计数器就是一个“观测者”，足以使波函数坍缩，变成确定的结果，猫是死是活，在我打开盖子之前就确定了，俺玻尔可是爱护小动物的，绝不是杀猫凶手。

但玻尔的这个解释却不能让爱因斯坦满意，因为无论哥本哈根派如何解释，必然有一段很小很小的时间，粒子是处于叠加态的，也就是那只大肥猫确实有过“既生又死”的状态，所以爱因斯坦在给马克思·玻恩的信里说：“无论如何，我深信‘那位老头子’不会掷骰子。”这里的“那位老头子”，爱因斯坦指的是上帝，掷骰子的人是不可能事先知道骰子的点数的，换而言之，世界是不确定的这个结论，爱因斯坦是不接受的。

而玻尔对于爱因斯坦的这种说法很简单地回应了一句话，“爱因斯坦，请不要教上帝怎么做”，你又不是上帝，瞎嚷嚷什么？

这两个人从上面说的第五次索尔维会议开始，就不停地进行争论，这种争论一直持续到今天，俩人都翘辫子很多年了，也没有停止，催生了无数诺贝尔奖。2022年诺贝尔物理学奖，还是和哥本哈根诠释有关。

除了“哥本哈根诠释”，对于量子世界试验的诡异结果，还有很多种解释，平行世界理论大家都听说过，也是其中之一，它不反对波函数的概率叠加，但是否定了波函数塌缩，取而代之的，说这个宇宙里有无数个世界，粒子在一个世界里是波，产生干涉，在另一个世界是粒子，不产生干涉。薛定谔的那只肥猫在这个世界死了，在另一个世界好好地活着，而我枫落白衣，在这个世界是草根，在另一个世界可能就是世界首富等等。

不过呢，平行世界理论并不是主流，“哥本哈根诠释”才是20世纪主流物理学界公认的量子行为的经典解释，迄今为止，依旧是。

我在这里还要强调两点，第一点就是迄今为止，所有量子力学的概念，都是为了微观世界的解释而诞生的，至于说宏观世界，对不起，你太重了，波长太短，趋近于零，牛顿的经典力学（Classical mechanics）暂时就够用了，不需要量子力学解释你为啥一顿干四大碗米饭，外加两碗红烧肉。至于说将来量子力学和经典力学两者是不是会统一，那只有天知道了。

第二点就是量子力学现在很不完善，有很多缺陷，它正等着有缘之人去揭示更多的奥妙，我真的希望这些人里面有大量的咱们中国人。

无论如何吧，量子力学暂时挫败了拉普拉斯妖，平行世界也好，波函数塌缩也罢，世界不再是确定的了，这样，是不是挺美好的？至少我认为，比起世界是确定的这个理论，还是要好一点。

有人可能问了，你说这些有什么用吗？或者说，量子力学这种玄而又玄的东西，有啥用？这里呢，我只想说三点，第一，量子力学今天很有用，比如说在量子力学泡利不相容原理基础上发展出来核磁共振技术，今天几乎是各大医院必备的检测设备，还有量子隧穿效应，只要搞半导体芯片的，应该是没有不知道的；

第二点就是很多学问，一开始看起来都没啥用，而且可能正是因为看起来没用，我们的祖先错过了很多东西，但21世纪的今天，我们应该都知道了，那些看起来“没用”的，很可能在某一个时间点，转为“大用”，如果我们还是错过了，我们不仅愧对后世子孙，就算百年之后，我们也会很惭愧地，不敢去地下见祖宗，为啥？因为他们曾经用血和泪警告过我们，基础科学的落后，才是真正的落后。

最后一点就是，上面这些研究，基本上都是一战二战期间研究出来的，在隆隆炮火之中，他们还有钱，或者说还有人拿出大把金钱资助他们研究这些“没用”的学问，为啥？答案很简单，让我再次引用英国王尔德说过那句话，“我们生活在阴沟里，但总有人，会仰望星空”，这一点，更值得我们去深思。

三、青霉素的发现

虽然说量子力学当时对人类来说看不出来有啥用，但另一种技术的发展，可以说马上就吸引了几乎所有人的兴趣，啥玩意呢？抗生素。

我们今天都知道，古代人，无论是欧洲人，还是亚洲人，寿命都不长，其中自然有战乱，饥荒，营养不良等各种因素，但疾病更是一个重要因素，在所有疾病里面，皮肤破损之后导致的伤口感染绝对是最高致死率之一。老祖宗们其实每一天都活在危险里，一旦手上割破一个小口子，十个人里面就有一个生命走到了尽头，如果一旦感染肺炎，那40%的人都完犊子了。妇女生孩子，尤其是第一胎，被称为鬼门关，就是这个原因，因为几乎100%的妇女生孩子都会有伤口，一旦致命病毒感染，差不多就是必死的结局。第一次世界大战，绝大多数士兵都不是在战场上直接被打死的，而是伤口感染之后，在病床上哀嚎了很长时间才内脏衰竭，痛苦死去的。

时间来到了1928年，伦敦大学的一位教细菌学的苏格兰教授，名字叫亚历山大·弗莱明（Alexander Fleming），这年夏天，他回乡下去度假，估计是想着要见到小芳，走之前太兴奋了，忽视了实验室的卫生情况，回来之后发现，他培养金色葡萄球菌的那个器皿，有一块明显发霉了，就在他懊恼的时候，突然发现了一个事实，发霉那块区域周围的一圈，居然没有一点点金色葡萄球菌。

这哥们大脑里面马上如同闪电一样划过了一个结论，发霉的这种东西，可以杀死细菌，至少，金色葡萄球菌活不下来。弗莱明赶紧整理思路，发表了一篇论文，向着整个科学界广播，说出大事了，你们猜猜我发现了什么？

可是让弗莱明没想到的是，当时的科学界反应很冷淡，因为依靠当时的技术，从霉菌里提取真正能杀死细菌的东西，实在是太难了，而我们又绝对不可能直接往病人伤口上涂抹霉菌。并且不到两年之后，德国的另一位科学家格哈德·多马克（Gerhard Domagk）发现了磺胺类药物（Sulfonamides）的抗菌效果，大家觉得按照那个思路走下去，比研究脏不拉几的霉菌要强很多。

不过俗话说得好，是金子总会闪亮的，磺胺类药物马上被证实并不是对所有细菌都有效，同时微生物的提炼技术日新月异，几乎所有人都很快转变观点，认为从霉菌里面提炼有用物质是可以能实现的。终于，到了1935年，牛津大学弗洛里和旅英的德国教授钱恩一起合作，从霉菌中提炼出了后世大名鼎鼎的青霉素，或者叫盘尼西林（Penicillin）。

青霉素的发现，在人类寿命的历史上，绝对是一个里程碑的存在，甚至可以说是最重要的里程碑，它和在它之后被发现的抗生素，让人类不再担心生活中随处可见的细菌感染，从而大大地提高了寿命。

当然，现在人类担心的是抗生素被滥用，导致细菌不断变异，如果有一天，一种超级细菌出现，全世界已知的抗生素全都不好使了，咋整呢？说实话，我倒是觉得，与其担心这件事，还不如担心人类建造了那么多研究病毒的实验室，有一天某个病毒突然跑出来咋办，你要知道，抗生素是对付细菌的，人类现在对付病毒，还停留在自身免疫阶段，啥素都没发现呢。

四、日德退出国联

聊完了科技，让我们现在回到一战之后的欧洲政坛。前面说过，美国的那个书生总统威尔逊给出了一个成立国际联盟的建议。1920年1月10日，就在《凡尔赛条约》生效的这一天，这个联盟也终于搞起来了，但让人大跌眼镜的是，四十几个成员国里，居然没有美国，原因是美国参议院不给总统面子，不批准《凡尔赛条约》，自然也不批准美国加入国联。这样一来，国际联盟的大佬就是英、法、日本和意大利四个国家。到了1926年，因为德国魏玛政府赔款还算积极，表现良好，也被吸收进了国联，随后还成为了常任理事国，和上面的四个国家平起平坐了，所以，后来的三个法西斯，德、意、日都曾经是国际联盟的“五常”之一，名副其实的大佬。

大佬是不假，不过呢，日德两国还真没把国联当根葱，不久之后，就相继退出了这个国联，这事儿说到底，还是和大萧条有关。

1929年的大萧条一开始，美英法和整个欧洲都很难受，可以说是自顾不暇，日本人琢磨了半天，觉得这些大佬们绝对没闲心管亚洲的事儿，再加上前面两次打大清，打俄罗斯的国运赌博全都胜了，再赌一次的想法不可抑制地膨胀起来，1931年9月18日，日本悍然制造了柳条湖事件，随即占领了中国东北全境，成立了伪满洲国，史称九·一八事变。

在全世界舆论的压力之下，新成立不久的国际联盟只好派人去调查，结果很明显，日本人满嘴跑火车，都是瞎白话，所有证据都表明，小日本自编自导自演了整个事件，于是，国联在1933年2月24日，以42票对1票的差距，要求日本归还东北给中国，那唯一的一个反对票，当然来自小日本。

但你想不到的是，日本代表松冈洋右在国联大会上，演了一出《窦娥冤》，不仅信口开河地宣称，日本成立满洲国是为了“遏制苏联布尔什维克东进，甘愿为了欧美和世界打头阵”，甚至还自比日本为耶稣，流血是为了拯救世人，然后情绪激动地宣布，日本退出国联。

就在大家一阵恶心加蒙圈，还没有从日本退出这件事缓过神来的时候，德国刚刚当上总理的纳粹党党魁，维也纳落榜艺术生希特勒也站了出来，说这破国联啊，俺们德国也呆够了，从今天起，拜拜了您啊，这一天是1933年10月14日，和日本退出国联那就是脚前脚后的事儿。

可我们说日本退出可以理解，毕竟继续呆在里面，就要把中国东北给还回去。那这个德意志好不容易以战败国的身份混进入国联，还是五常之一，它为啥也要退呢？这个，我们下集再聊。