如果有人問(wèn)你什么是自由，你該怎么回答？

很多人會(huì)認(rèn)為：無(wú)憂無(wú)慮，想去哪里就去哪里，想在什么時(shí)間干什么就干什么，就是真正的自由。

而反過(guò)來(lái)，你的不自由具體有哪些呢？

經(jīng)過(guò)深思熟慮之后會(huì)發(fā)現(xiàn)，不自由包含兩方面：

一是你的行為受到時(shí)間或空間的限制。

例如，你不能在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)干某件事，或者只能在某個(gè)時(shí)間段干某件事。

二是某種壓力或推動(dòng)力令你無(wú)法停歇。

例如，作為一枚雞娃，你的父母每天都給你鼓勁，為了將來(lái)考個(gè)好大學(xué)，除了睡覺(jué)吃飯，你都在拼命學(xué)習(xí)。

若轉(zhuǎn)到物理問(wèn)題，不自由的情況相應(yīng)也有兩種。

第一種情況，物體的運(yùn)動(dòng)受到限制，或者說(shuō)約束。它是通過(guò)一類(lèi)叫約束力（也稱(chēng)約束反力）的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

在約束力的作用下，描述物體運(yùn)動(dòng)的變量滿足一些方程，方程越多，解出的未知數(shù)就越多，剩下的獨(dú)立變量就越少了。

第二種情況，物體受到外力驅(qū)動(dòng)，或者說(shuō)受主動(dòng)力作用。例如自由落體受到的重力、拖箱受到的水平拉力都是主動(dòng)力。

約束力和主動(dòng)力合在一起就是外力。所以，不自由的兩種情況歸根結(jié)蒂是一種機(jī)制所導(dǎo)致的，它就是外力作用。

總的說(shuō)來(lái)，自由意味著不受外力，而不受外力的物體是自由的。

那么具體來(lái)講，這種不受力而導(dǎo)致的自由是怎樣一番圖景呢？

牛頓第一定律回答了這個(gè)問(wèn)題：不受力的物體將保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

換句話說(shuō)，自由的物體的將保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

但你發(fā)現(xiàn)沒(méi)有，這個(gè)自由其實(shí)有多么不自由！

試想，當(dāng)我們說(shuō)“一只鳥(niǎo)兒在空中自由的飛翔”時(shí)，難道是指它在一條直線上勻速地飛？顯然不是！我們是指它隨意地在任何地方飛，它往哪里飛都一樣可能。

因此，若是真的自由，物體應(yīng)該能出現(xiàn)在空間中任何地方！這是一個(gè)沒(méi)受到牛頓第一定律影響的、具有正常邏輯思維的人對(duì)自由的直觀理解。

但牛頓第一定律給出的自由卻是：它要不呆在那里不動(dòng)，要不就沿著一條直線勻速移動(dòng)，只不過(guò)二選一罷了。

當(dāng)然，你可能也會(huì)說(shuō)，這很正常啊，自由不是絕對(duì)的，總要受到底層物理規(guī)律的約束。例如能量守恒定律、動(dòng)量守恒定律和角動(dòng)量守恒定律等等。

既然物體不受外力作用，那么按照動(dòng)量守恒定律，它的動(dòng)量不變，由于動(dòng)量是矢量，動(dòng)量守恒意味著運(yùn)動(dòng)的方向不變！所以物體只能有兩種可能的選擇：靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)。

實(shí)際上，在宏觀世界中，沒(méi)有，也不可能有破壞牛頓第一定律的事情發(fā)生，要不然，牛頓力學(xué)早就被拋棄了！

看來(lái)，宏觀世界中自由的確只能如此了！

那么，微觀世界中的自由也是如此嗎？

要知道，牛頓定律只適用于宏觀世界，對(duì)微觀粒子來(lái)說(shuō)，它們服從量子力學(xué)的規(guī)律，而量子力學(xué)中并沒(méi)有與牛頓第一定律一致的說(shuō)法。

那么，在微觀世界中，自由的粒子真的可以到處出現(xiàn)嗎？

答案是：真的可以！量子力學(xué)給出的結(jié)果正是如此。

雖然量子力學(xué)總是那么不可思議的違反我們的直覺(jué)，但同時(shí)，在很多問(wèn)題上，它卻又與人類(lèi)最一般的直覺(jué)完美符合！而自由粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律就是其中的一個(gè)例子。

那么，具體來(lái)講，量子力學(xué)中的自由粒子到底是怎么回事呢？

在量子力學(xué)中，粒子的狀態(tài)是用波函數(shù)來(lái)描述的。而根據(jù)波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)詮釋?zhuān)ê瘮?shù)的模的平方（簡(jiǎn)稱(chēng)模方）代表粒子在空間某點(diǎn)出現(xiàn)的概率。如果你想預(yù)測(cè)它將在哪里出現(xiàn)的機(jī)會(huì)最大，你只要按照波函數(shù)的模的平方來(lái)計(jì)算就可以了。

你只有一次機(jī)會(huì)找到它，無(wú)論你在哪里發(fā)現(xiàn)它，并不說(shuō)明它是從另外某處趕過(guò)來(lái)的，因?yàn)樗緛?lái)就在那里。雖然它其實(shí)也在其他的地方，但你的觀測(cè)讓它的波函數(shù)在它被發(fā)現(xiàn)的位置坍塌。

有一點(diǎn)值得強(qiáng)調(diào)的是，粒子并沒(méi)有在空間中彌散開(kāi)來(lái)，它是以整體按波函數(shù)的模方?jīng)Q定的概率分布在空間中各處。所以當(dāng)它在某處被發(fā)現(xiàn)時(shí)，它將作為一個(gè)完整的個(gè)體被獲得，擁有它的本來(lái)屬性，包括電荷、質(zhì)量和自旋等。

既然是自由粒子，那么理所當(dāng)然，它在空間任意點(diǎn)出現(xiàn)的機(jī)會(huì)是一樣的。所以，它不會(huì)停在某個(gè)地方不動(dòng)，也不會(huì)沿著一條直線勻速運(yùn)動(dòng)，而是以相同的幾率出現(xiàn)在空間任何一點(diǎn)。

看到?jīng)]——以相同的概率出現(xiàn)在空間任何一點(diǎn)！試問(wèn)，世界上還有比這更完美的自由嗎？

有的人可能會(huì)有一些不切實(shí)際的“奇思妙想”，例如他覺(jué)得“隨時(shí)隨地想去哪里就去哪里，而且馬上就到”才是真正的自由。

拜托，這可不是物理中的自由！恰好相反，這根本不是自由，因?yàn)檫@種“來(lái)去的自由”依賴(lài)于粒子的速度（因?yàn)橐欤┖图铀俣龋ㄒ驗(yàn)橐S時(shí)調(diào)換方向），粒子必然時(shí)刻受到強(qiáng)大外力的作用，怎么可能是物理上的自由呢？

在量子力學(xué)中，物理上的自由就是不受時(shí)空地限制，粒子能出現(xiàn)在所有的地方。并且再加了一個(gè)條件——相同的概率！

你可能覺(jué)得這個(gè)條件是畫(huà)蛇添足，因?yàn)槟憧赡芟敫嗟拇粼谀硞€(gè)地方，呆在另一些地方的機(jī)會(huì)少一點(diǎn)，或者你甚至想隨意的改變處在某點(diǎn)的概率，但現(xiàn)在卻是同樣的概率，這看起來(lái)不夠自由?。?/p>

這種想法與上面那個(gè)“奇思妙想”一樣，不是物理中所說(shuō)的“自由”，而是不自由。

說(shuō)了這么多，你應(yīng)該明白：量子力學(xué)中所給出的自由粒子所享有的自由是物理中最真正、最徹底的自由。而相比起來(lái)，牛頓第一定律中所說(shuō)的那個(gè)自由不是真正的自由。

現(xiàn)在你可能有一個(gè)疑問(wèn)：既然是自由粒子，它的動(dòng)量守恒。那么，其動(dòng)量應(yīng)該始終沿某個(gè)方向，那它不一直沿著某個(gè)直線運(yùn)動(dòng)嗎？如果這樣的話，它哪有機(jī)會(huì)在整個(gè)空間中到處亂跑？

沒(méi)錯(cuò)，自由粒子動(dòng)量守恒，也就是說(shuō)，粒子的動(dòng)量的確是朝著某個(gè)方向。但是，這并不意味著粒子總是沿著某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)！

按照量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)詮釋?zhuān)Ｗ又皇巧癫恢聿挥X(jué)的突然出現(xiàn)在你探測(cè)到它的地方，你不需要也無(wú)法知道它是從哪里過(guò)來(lái)的，因?yàn)樗诓煌胤匠霈F(xiàn)的概率是同時(shí)性的。它的整體隨時(shí)可以出現(xiàn)在空間中任何一點(diǎn)。

所以，自由粒子并不會(huì)因?yàn)閯?dòng)量守恒而被限制在一個(gè)點(diǎn)或一條線上，它在空間各處出現(xiàn)的機(jī)會(huì)是均等的，它的狀態(tài)是一種徹底的自由狀態(tài)。

最后再來(lái)看看，滿足這種概率均勻分布特征的自由粒子的狀態(tài)描述是怎樣的？又是如何得到的？

前面提到了，量子力學(xué)用波函數(shù)描述粒子狀態(tài)，而波函數(shù)是量子力學(xué)的基本方程——薛定諤方程的解。所以，我們要描述自由粒子，就必須求解薛定諤方程。

說(shuō)明：既然是自由粒子，其所在空間是無(wú)限大的，而粒子在每個(gè)地方又具有相同的發(fā)現(xiàn)概率，那么這個(gè)概率只能為零。因此，自由粒子不可能是定態(tài)。但這不影響自由粒子在空間各處概率相等這一結(jié)論。

之所以這里用帶引號(hào)的“反推”，因?yàn)檠Χㄖ@方程現(xiàn)在被認(rèn)為是量子力學(xué)的一條基本假設(shè)，是無(wú)法從別的結(jié)論推得的。也就是說(shuō)，任何試圖推導(dǎo)薛定諤方程的做法本身是沒(méi)有意義的——雖然你的確可以用這種“反推”的方法找回你大腦中遺忘的薛定諤方程。

綜上所述，關(guān)于自由的哲學(xué)觀點(diǎn)，量子力學(xué)比牛頓力學(xué)先進(jìn)多了！

其實(shí)，豈止自由這件事，在幾乎所有方面，量子力學(xué)都比牛頓力學(xué)更先進(jìn)和深刻。它被認(rèn)為是人類(lèi)洞察自然世界的最高成就。迄今為止，它的理論完美地描述了這個(gè)世界，雖然目前人類(lèi)還無(wú)法真正理解它的本質(zhì)。

審核編輯：劉清