電子〃哪裡都有,而又哪裡都沒有〃。 如果你覺得被這種說法弄得稀裡糊塗,你要知道,它也把物理學家們弄得稀裡糊塗,這是值得安慰的。奧弗比說:〃有一次,玻爾說,要是誰第一次聽說量子理論時沒有發火,這說明他沒有理解意思。〃當有人問海森伯是不是可以想像一下原子的模樣,他回答說:〃別這麼幹。〃
第九章 威力巨大的原子(5)
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因此,結果證明,原子不完全是大多數人創造的那個模樣。電子並不像行星繞著太陽轉動那樣在繞著原子核飛速轉動,而更像是一朵沒有固定形狀的雲。原子的〃殼〃並不是某種堅硬而光滑的外皮,就像許多插圖有時候慫恿我們去想像的那樣,而只是這種絨毛狀的電子雲的最外層。實質上,雲團本身只是個統計機率的地帶,表示電子只是在極少的情況下才越過這個範圍。因此,要是你弄得明白的話,原子更像是個毛茸茸的網球,而不大像個外緣堅硬的金屬球。(其實,二者都不大像,換句話說,不大像你見過的任何東西。畢竟,我們在這裡討論的世界,跟我們身邊的世界是非常不同的。) 古怪的事情似乎層出不窮。正如詹姆斯·特雷菲爾所說,科學家們首次碰到了〃宇宙裡我們的大腦無法理解的一個區域〃。或者像費曼說的:〃小東西的表現,根本不像大東西的表現。〃隨著深入鑽研,物理學家們意識到,他們已經發現了一個世界:在那個世界裡,電子可以從一個軌道跳到另一個軌道,而又不經過中間的任何空間;物質突然從無到有……〃不過,〃用麻省理工學院艾倫·萊特曼的話來說,〃又倏忽從有到無。〃 量子理論有許多令人難以置信的地方,其中最引人注目的是沃爾夫岡·泡利在1925年的〃不相容原理〃中提出的看法:某些成雙結對的亞原子粒子,即使被分開很遠的距離,一方馬上會〃知道〃另一方的情況。粒子有個特性,叫做自旋,根據量子理論,你一確定一個粒子的自旋,那個姐妹粒子馬上以相反的方向、相等的速率開始自旋,無論它在多遠的地方。 用科學作家勞倫斯·約瑟夫的話來說,這就好比你有兩個相同的檯球,一個在美國俄亥俄州,一個在斐濟,當你旋轉其中一個的時候,另一個馬上以相反的方向旋轉,而且速度完全一樣。令人驚歎的是,這個現象在1997年得到了證實,瑞士日內瓦大學的物理學家把兩個光子朝相反方向傳送到相隔11公里的位置,結果表明,只要干擾其中一個,另一個馬上作出反應。 事情達到了這樣的一種程度:有一次會議上,玻爾在談到一種新的理論時說,問題不是它是否荒唐,而是它是否足夠荒唐。為了說明量子世界那無法直覺的性質,薛定諤提出了一個著名的思想實驗:假設把貓兒放進一隻箱子,同時放進一個放射性物質的原子,連著一小瓶氫氰酸。要是粒子在一個小時內發生衰變,它就會啟動一種機制,把瓶子擊破,使貓兒中毒。要不然,貓兒便會活著。但是,我們無法知道會是哪種情況,因此從科學的角度來看無法作出抉擇,只能同時認為貓兒百分之百地活著、百分之百地死了。正如斯蒂芬·霍金有點兒激動地(這可以理解)說,這意味著,你無法〃確切預知未來的事情,要是你連宇宙的現狀都無法確切測定的話〃。 由於存在這麼多古怪的特點,許多物理學家不喜歡量子理論,至少不喜歡這個理論的某些方面,尤其是愛因斯坦。這是很有諷刺意味的,因為正是他在1905年這個奇蹟年中很有說服力地解釋說,光子有時候可以表現得像粒子,有時候表現得像波……這是新物理學的核心見解。〃量子理論很值得重視。〃他彬彬有禮地認為,但心裡並不喜歡,〃上帝不玩骰子。 〃他說。 愛因斯坦無法忍受這樣的看法:上帝創造了一個宇宙,而裡面的有些事情卻永遠無法知道。而且,關於超距作用的見解……即一個粒子可以在幾萬億公里以外立即影響另一個粒子……完全違反了狹義相對論。什麼也超不過光速,而物理學家們卻在這裡堅持認為,在亞原子的層面上,資訊是可以以某種方法辦到的。(順便說一句,迄今誰也解釋不清楚粒子是如何辦到這件事的。據物理學家雅基爾·阿哈拉諾夫說,科學家們對待這個問題的辦法是〃不予考慮〃。) 最大的問題是,量子物理學在一定程度上打亂了物理學,這種情況以前是不存在的。突然之間,你需要有兩套規律來解釋宇宙的表現……用來解釋小世界的量子理論和用來解釋外面大宇宙的相對論。相對論的引力出色地解釋了行星為什麼繞太陽轉動,星系為什麼容易聚集在一起,而在粒子的層面上又證明不起作用。為了解釋是什麼把原子攏在一起,你就需要有