你茫然地注视着那块俗气的冰箱贴已经够久了。你摇摇头,伸手打开冰箱,取出在冰箱贴吸引你进入诡异世界之前就急切想要拿出的牛奶。
你走回放着咖啡杯的桌子,正准备倒入牛奶时,看到了放在一边的金块,你停了下来。
你早先看到的金原子或者冰箱贴表面那些摇摆着的原子到底是些什么?它们就像小圆球吗?还是立方体?那些从电磁场中生成的虚拟光珠所相互作用的电荷到底又是些什么东西?还有我所说的它们都是一些场,这到底是什么意思?
或许你早已料到,这些问题又一下子将你变成缩微版的自己,漂浮在厨房中间,任何你所熟悉的物件都远得无法看见,而自己正好奇地看着早先被单独拿出来的金原子,想搞清楚它到底由什么构成。
但第一个迎接你的东西不是金原子。而是宇宙中最小的原子,构成了宇宙所有已知物质74%的原子:氢原子。像太阳那样的恒星们在自己的内核中将这种原子聚合成更大的原子,并释放出这个反应的副产品——闪光。
公平地说,你没看到什么。
你面前有东西,这是肯定的,但你很难确定这东西到底在哪里,更不要说是什么了。你试图聚起你那微小眼睛所具有的所有视力仔细看去,但依然没有用处。所以,你决定不要看,而是试图感觉它,以瑜伽的方式。
难以置信,这个方法管用。
你的眼睛闭着,但你能够感知一幅画面。
无处不在的电磁场中有一种波正泛起涟漪……一种围绕着一个球状物体摇摆的波……这是一个中空的球体,或者不如说是中空的一团……事实上好像也不是真正的波……但它感觉上就是一个球,不对,一团像耳垂似的东西,有着非常快速移动的波纹……速度很接近于光速,所以它看到的世界的形变一定非常厉害,更不要说它的时间流逝与你的时间之间的差异了。但它似乎并没有集中在某个特别的位置……好吧,让我们坦率地说,你不知道自己描绘的是什么,但这个球状或耳垂状或不知道是什么的快速运动的东西的确带有电荷。你能在电磁场的背景中感觉到它,就像那时候你感觉到迎面而来的冰箱贴一样。
这就是原子吗?你依然凝聚着的注意力意识到还有一些别的……深深地埋藏在下面的东西,与运动着的波浪所占据的体积相比,这个东西体积很小,但它坚固有力,能够限制住你所感觉到的移动电荷无法逃脱。
你意识到,氢原子有一个核心,核心外面是一个移动着的电荷。宇宙里所有的原子都有着这样的结构:不同大小的内核被一个或多个电荷波围绕。
科学家们称这个内核为“原子核”,那个模糊的带电荷运动着的波为“电子”。
这是一幅令人疑惑的图像。
电子看起来并不像你想象的是一个微小的小点。
为了确定自己没有搞错,你从瑜伽模式中醒来,睁开眼睛。出乎你的意料,摇摆着的波突然消失了,变成了另外一个样子,那种看起来很像粒子的东西。
好。
与这个电子完全相同的电子们以不同的数目存在于宇宙里所有的原子之中。它们是我们电器与磁性设备的基础,没有它们,就没有计算机、洗衣机、手机、灯泡……任何东西。我们所有的能源与通信工具都依赖它们而存在。
慢慢地,非常缓慢地,你伸出自己一只已经缩微了的手,想抓住这颗电子,凑近些去研究。
奇怪的是,电子很难抓到。每一次你微小的眼睛看清了它的位置,它就开始乱动,看上去就像你每次想要确定它位置的行动本身就会让它以无法预测的方式改变自己的轨迹。
这并不是你的想象力试图与你开玩笑。
这是一个真实的现象。这是许多发生在量子世界而不是由水晶花瓶或咖啡杯所构成的日常世界中的真实现象之一。
我们眼里的大自然在根本上是不确定的,你刚才看到的就是它的一个表现。你将在本书第六部分中更深入地了解这点,但你现在就已经能够感觉到量子世界所发生的怪事了。你想要做的,就是真正抓住这颗电子——让它说话。没错。不管是不是缩微版的你,在这里,你只是纯粹的意识而已,可以做一切你想做的事。如果一颗小小的电子就能打败你,该是多么没劲,所以……跳!比你想的更快,你微小的眼睛瞥见了它,就在那里,右边,你猛扑过去。就在那里了,在你的右手中,你紧紧握住的右手中。电子就在你的手心里摇摆,感觉上就像一只以接近光速飞行的蝴蝶在你的掌心里扇动翅膀。你开始握紧你的手指。电子是带有电荷的微粒,它通过电磁场中出现的虚拟光珠与你微小手掌中也带有电荷的微粒相互作用。
你握紧、握紧、再握紧,想要把它禁锢在那最小的牢笼里,让它平静下来……突然间,你感觉不到它了。它消失不见了。
你打开拳头。
没有电子。
你完全肯定自己微小的手指间没有任何空隙,但是,它还是跳走了。你什么都没感觉到。它穿过你跳走,却没有碰到你。
它又回到你抓走它的地方,围绕在那看不见的氢原子内核周围。
真没礼貌。
但它是如何做到的?电子怎么能不接触你而离开你的掌心?原来,它在你的手里挖了地道。它跳跃出去了。打破纪录的跳跃。量子跃迁。这是只有在亚原子世界才会发生的现象,在我们生活的巨大尺度,如厨房、花瓶、飞机等构成的日常世界中不存在。或许有人这么想。
你至今还尚未有机会分析一个电子,但显然你已至少了解到它的诡异特性之一:它能够自顾自地随意跳跃。这个现象本身被称为“量子隧穿”或“量子跃迁”,而且不仅仅是电子,你在量子世界见到的所有粒子都能量子跃迁或隧穿,与电子一样。
说了那么多,让我们暂停一会儿,先来回顾一下术语。
当科学家们发现新东西时,需要给它取个名字。对于微观、量子世界,他们通常这样构词——在“量子”后面加上另一个词,很多时候后面那个词是我们平常使用的普通词语。这里,我们用了“隧穿”,或“跃迁”,或“世界”,所有这些词,意思都很明白,也表达了其所指称的意思。而“量子”一词则表达了一种警告。“量子”表示有一些奇怪的含义在里面。在刚才这个例子中,量子隧穿的奇怪之处在于:电子的确用隧穿的方式运动……但实际上没有什么隧道存在。
量子跃迁几乎不会发生在人类尺度上,但如果假想一下它们能够在你的生活中发生,想象你回到从前,当你还是孩子的时候,就在这间厨房里,你父亲让你收拾桌子,但已经很晚了,你忽然觉得方圆一百公里之内的所有空气都压在自己瘦弱的肩膀上,你嘟哝了几句谁都听不清的话,就像小熊崽的低吼。什么都没发生,桌子还在那里。
你坐在地板上,满心绝望。来了。你突然发现自己来到餐厅,与厨房一墙之隔,边上就是桌子和所有东西,所有餐具、盘子杯子之类,它们都隧穿或跳跃或以别的什么词来形容的方式进入了洗碗机。这听起来就像童话或电影《欢乐满人间》中的场景,不过公平地说,真要是在宏观世界发生量子跃迁,你就无法控制餐具、盘子、杯子会跳到哪里,那么几乎没有可能它们会老老实实跳进洗碗机里,而且你的父亲大概要把所有东西重新买一遍,因为你根本找不到它们了。
听起来很奇怪,不是吗?
那就是量子隧穿。如果量子规律能够在我们的尺度上发生,墙壁和门以及私密性都将不复存在。幸运的是,或者说神秘的是,它们不能。
因为量子隧穿效应,在微观世界中几乎所有东西都能穿过任何阻碍。为什么可以如此?我们的理解是它们能够从它们所属的量子场中——它们游泳其中的海洋里,那个充满了时空的每个角落的海洋——借到能量。不管想借多少都行。这可是多少运动员的梦想啊。