在前面的課程裡，我講述了量子力學的世界觀。這一講，我們綜合前面學到的知識，思考一個終極問題：世界何以存在？
我們先做個思想實驗，假如這個宇宙是由一個神創造的，那這個宇宙的運行規則會是什麼樣呢？現在科學上已經證明了第一步，宇宙起源於一次大爆炸。
那麼問題來了，只有大爆炸就夠了嗎？大爆炸炸出來的東西，就能自動變成我們的世界嗎？顯然不能。
你會發現，那個神要想創造這個世界，光創造大爆炸還不行。他還得創造一些別的東西才行。
現在量子力學給了一個答案，如果他要讓我們的宇宙長成現在這個樣子，他在那之前必須先創造波粒二象性，否則，這世界就成不了。
1 世界存在的必要條件：波粒二象性
為了理解這句話的意思，我要先說一說，世界存在的必要條件是什麼。什麼樣的東西才能被稱為“必要條件”呢？
這就好比下五子棋，不管你下的時候有什麼戰術，對方是怎麼落子的，最終只要你能把五個同色的棋子連成一條線，那你就贏了。
“五個同色棋子連成一條線”這屬於五子棋裡的底層邏輯，有了它整個遊戲才成立，這就是必要條件。
假如我寫創世紀，我可能會寫——
一個有物理博士學位的神，第一天先造出了波粒二象性，第二天造出基本粒子模型，第三天造出了大爆炸和萬有引力，第四天造出暗物質，第五天造出暗能量。
有了這些，世界差不多就可以自己演變了。還有兩天是休息日，這就是七天創造世界的故事。
我敢確定，從物理學的角度看，不管哪個神，要想創造世界，都要先創造波粒二象性。有了它，整個宇宙才成立。
為什麼呢？假設這個神物理沒學好，不知道需要先創造什麼，他就一次一次做實驗。
比如，他先造出了大爆炸，結果沒注意，炸出來的正物質和反物質一樣多，正負相抵，全都湮滅了。這個宇宙就空蕩蕩一片，不可能出現我們的世界。
第二次他吸取了教訓，在大爆炸之前先找了一個合適的粒子模型，保證炸出來的東西不會正負相抵。結果這次，正物質倒是比反物質多，但是炸完以後，物質全是均勻分佈的，不能凝聚在一起，形成恆星。
反覆試了幾次，他終於確信，實驗失敗，就是缺了一個必要條件，波粒二象性。接下來，我來為你從頭捋一遍世界誕生的過程。
2 沒有波粒二象性就沒有我們的宇宙
在物質誕生之前，波粒二象性就起到關鍵作用，讓宇宙一步一步向我們現在的樣子走來。物理學家認為，在宇宙剛誕生10^-35秒的時候，宇宙中只有一種叫暴脹的能量形式，基本上沒有我們現在的物質。
雖然我們還不確定暴脹到底是啥，但可以確定，它也是具有波粒二象性的。所以，暴脹的能量是有不確定性的，存在一定程度的波動。
後來，這種存在波動的能量轉化成了物質粒子，讓宇宙各處的粒子在一開始，就存在微小的不均勻性。再後來，在萬有引力的作用下，密度大的地方漸漸聚集成了我們現在看到的星系和恆星。你看，原始的物質不均勻性，就是從波粒二象性來的。
但這，只是個開始。
接下來，沒有波粒二象性，恆星就啟動不了核反應。
我們就拿太陽來舉例子。太陽核心的溫度高達1500萬度，氫原子核，也就是質子，會在這個溫度下發生核聚變。這就是太陽持續發光發熱的能源。
但我要告訴你，這個溫度比核聚變的典型溫度低了好幾千倍。這就好比你想讓鐵，在零下兩百多度的環境下化成鐵水，簡直是不可能的。那太陽為什麼就能發生核反應呢？
因為波粒二象性，讓質子可以利用量子隧穿效應，以非常小的概率進行核聚變。這個概率特別小，比你買彩票連中好幾輪特等獎還要小。
別看這個概率小，它小得恰到好處。因為如果這個概率太大，太陽形成以後，可能只燒了1萬年就燒完了。但你看現在，太陽已經穩定燃燒了50億年，還能再燒幾十億年，就是因為這個概率小得恰到好處。
那宇宙只有星系和太陽就夠了嗎？不行，還得有行星。
要想形成固體行星，就得有很多種不同的化學元素，比如碳、氧、硅等等。但宇宙中原來沒有這些元素，元素都是恆星通過核反應產生的，再在恆星爆炸時，拋向宇宙空間的。
地球在宇宙誕生後90多億年形成。要想及時形成地球，就得讓某些恆星的核反應快一些，早點兒把化學元素合成出來、拋出來。核反應怎樣才能加快呢？
波粒二象性告訴我們，核聚變量子隧穿的概率，會隨著溫度的升高而急劇增大。
恆星的質量只要比太陽大2倍，核心溫度稍微高一點兒，壽命就會降低到幾億年。相比於太陽百億年的壽命，它算是能迅速把元素拋灑出來的恆星了。
當然，大質量恆星的核反應路徑跟前面說的情況略有不同，但道理是一樣的，不影響我們的理解。
到這裡，我們從宇宙大爆炸一路講過來，這些知識是哪裡來的？大多都是通過恆星的光譜和微波背景輻射得到的。
別覺得這兩個名詞陌生，你只要記得，它們兩個是我們認識宇宙的窗口。這兩個窗口攜帶的信息，也離不開波粒二象性。
3 沒有波粒二象性就沒有生命
波粒二象性的貢獻還遠不止這些。即使有恆星，有核聚變，也不一定會有生命啊。人們常說“水是生命之源”，咱們就拿水來舉例子。
水形成的條件其實特別苛刻。宇宙當中除了幾千度就是零下兩百多度，幾千度太熱了，水分子即便形成也會馬上分解；零下兩百多度又太冷了，氫和氧根本沒機會發生化學反應，形成水。
那水是哪裡來的？
多虧了波粒二象性導致的量子隧穿效應，氫和氧才能在零下兩百多度的環境下發生化學反應。水是這樣，甲醛等前生命分子也是這樣形成的。
正是因為有了這些條件，生命才會在36億年前，在地球的海底熱泉口誕生。等一下，海底熱泉口的熱是從哪兒來的？
這是因為地球內部含有很多放射性元素，會通過放射性衰變向外釋放熱量，海底熱泉口的熱很大程度上就是從這兒來的。放射性元素釋放能量，也是基於各種量子過程，比如量子隧穿、弱相互作用等等。
這些能量沒有一下子釋放光，而是持續釋放了幾十億年，是因為波粒二象性導致的量子概率性。
產生生命的條件都湊齊了，而生命本身也因波粒二象性而誕生。
你看，生命的基礎就是碳、氮、氧這三種元素。這三種元素會分別通過連接4個、3個和2個其他原子後，形成了蛋白質、DNA等複雜的生物分子。
但是為什麼這三種原子恰好能連接4個、3個和2個其他原子呢？又是因為波粒二象性，這些原子的波函數算出來的就是這樣的特性。
王立銘老師在他的課程裡說，生命就是一場持續了40億年的無可奈何。要我說，生命是一場延續了138億年的幸運。因為以上任何一個環節出錯，我們都不可能存在。
4 沒有波粒二象性，就沒有我們現代的生活
就算把時間推到現在，我們的現代生活，依然離不開波粒二象性。
我們用的手機、電腦和互聯網，裡面用到的晶體管、光纖、激光、硬盤，全都要用到波粒二象性。
我們去醫院看病時，不用開刀就能知道身體內的情況，因為我們會用磁共振、X光片、PET/CT技術，這些技術也離不開波粒二象性。
我們想要汙染更少，比如開發核能，研究太陽能電池，用LED燈代替白熾燈，這些技術同樣離不開波粒二象性。
我們這個世界的各種衡量標準，衡量時間、衡量質量、衡量長度，這些國際標準的確定，都需要波粒二象性的幫忙。
有人開玩笑說，遇事不決，量子力學。遇到難題解決不了了，別管是什麼，就拿量子力學出來解釋就對了。但如果拋開好萊塢編劇不靠譜的成分，這個思路其實是對的。
宇宙根本離不開波粒二象性，製造我們世界的造物主，手邊的參考書可能真的是量子力學的課本。遇事不決，真的，量子力學。
最後給你留一個思考題：假如我們要制定一箇中小學的科學課標準，其中包含量子力學的初步知識。你認為應該怎麼排布課程的大致內容呢？說說你的思考。
我們說了這麼多量子力學的知識，但還有一個問題沒解決，就是我們應該如何對待這些知識？下一講，我就帶你跳出這個學科，站遠一點，再來看看它。
——李劍龍《給忙碌者的量子力學課》
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