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第2章 没有什么“什么都没有”(第1页,共2页)

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你还在自己的厨房里。

夜已经很深,很暗,一片安静。

如果你以前就觉得世界很美,那么现在你经历过的旅程显然带给它更多的风味。所有一切看上去都更深刻,充满力量和神秘。

哪怕是你不起眼的厨房。

你身边的空气里充满了漂浮着的原子,它们沿着地球在时空中引起的曲线下滑。

这些最初形成于早已死亡的恒星内核的原子们。

在你体内,以及任何地方的原子们,正经历着放射性衰变带来的崩解。

在你脚下,地板——它的电子们拒绝让你通过,因此让你能够站立、行走、奔跑。

你的行星地球,由人类已知的三种量子场所形成的一团物质,被所谓第四种作用力(虽然实际上它不是力)引力聚在一起,漂浮并穿行在时空之中。

这些听起来如此离奇,或者就像是彻底的神迹,你决定再给自己煮杯咖啡,然后你走回起居室,坐进那舒服、坚实,给你安全感的旧沙发里。

你试图整理一下头脑里乱转的各种想法。生命的意义是不是隐藏在某个地方,在我们刚才一起看过的世界之外的某个地方?你至今所学到的东西真的对头吗?

在你开始探访比你已经到达的更为遥远的地方之前,让我告诉你:揭开世界之谜是一个正在进行中的工作。科学或许还不能回答所有问题,虽然它已经回答了不少。这取决于你的期望是什么,我可以告诉你一个真相,本书的结局未必比开始更易于理解。如同美国理论物理学家爱德华·威滕(edwardwitten)所说:“在远离你安逸家园之外的宇宙,并不是为了你的方便而被创造的。”

或许我们应该记住我们一起离开安逸的日常生活,进入黑暗的海洋,因为不管这个论断多么谦逊,但它提供给我们每个人完全的自由,让我们能够以个人的方式解释我们所看到的东西。这是一件好事。因为不同的观点越多,人性就越丰富,科学也越能往前发展。

我在上一章结尾就已提示,在我们充满信心打开通往未知世界的大门之前,我们必须先熟悉被科学家们称为“真空”的那个概念。这是当今理论物理学家们理解量子现实的基础——这是一个理论模型,它帮助我们作出精确到难以置信的程度的预言,这些预言已被无数次不同实验反复检验并证实。

在宇宙中随意选择一个地方,一个区域,拿走其中所包含的一切。我指的是所有东西。

奇怪的是,剩下的并不是空无一物,虽然你觉得自己已经拿走了里面的一切。

这合乎逻辑吗?一点都不。但大自然并不在乎我们人类怎么想。

现在,请闭起眼睛。

为什么?

因为我们周围有些东西是不能承受被看着的,你将要面对的真空就是其中之一。

在我们开始之前,先等一分钟,放松一下,想想那次你从可爱的热带小岛坐飞机回家的旅程。

你或许记得在飞机起飞不久后你就睡着了。真的,如果你问下那位看上去古里古怪的邻座,他大概会告诉你在整个飞行的大部分时间里,你都鼾声震天。

那么在你整整八小时的睡眠之中,飞机上到底发生了些什么呢?你在整个飞行中穿越了几个时区?的确,如果没有一个人仔细观察,那么任何一架飞机在空中具体飞过的轨迹又有谁知道?

你对这次航程的了解只限于你睡着之前和醒来之后。你看向窗外,看到你的飞机从一个遥远小岛上的跑道起飞,看到它安全地降落在你家所在的地方。在两者之间,你的脑子里没有任何飞行轨迹的印象。你完全不知道中间发生了什么。

现在,要是有人告诉你,你的飞机按照完全不是你想象的路线飞行会怎么样?去了木星,比如说。或者像中微子那样,穿过了地球,或者在时间中来回穿越?我猜你可能很难相信。

但是,不管你是不是在做梦,你的确在第三部分中经历过这种诡异的轨迹,在八小时时间内飞到了四百年后的地球。所以,我们必须更仔细地看看到底发生了些什么。

你现在知道如果要让这个情景真正实现,你的飞机必须以非常快的速度飞行。的确,它得飞入很远的外太空,接近光速,然后再飞回已经过了四百年的地球。

在现实生活中,你或许能够找到很多无可辩驳的论据来否定这样的轨迹,或否定你乘坐的飞机可能有这样类似诡异的轨迹,但依然如此:如果我告诉你,在你睡着的时候,你乘坐的飞机不仅真的飞入太空并且飞了回来,而且它实际上还同时沿着各种可能或不可能的路径从你入睡的彼时彼地,又回到了你醒来的此时此地,又会怎么样呢?穿过地球,然后回来;绕过木星,回来;所有的路径,都被飞过。

你大概从此再也不会相信我的鬼话了,对吗?

很好。

这意味着你已做好准备一探真空了。

你的咖啡、花瓶、你的沙发、你的屋子,都不见了。

你回到了只有意识才能访问的世界,你几乎就是个影子:完全透明,只有一点点形状。你不受周围一切的影响,也不会影响周围的一切。

然而,你的周围到底是什么,并不完全清楚。

在你看起来,那里,嗯,什么都没有。

只有黑暗,笼罩着一切,延伸到无穷。

你早已对这种剧烈变化的风景见怪不怪,依然漂浮在这看起来就像被掏空了所有一切内容物的宇宙中。

一开始,这幅景象颇让你平静,但很快,你不得不承认,你觉得无聊。既然无事可做,你再次想起我刚告诉你的关于在飞机上睡着的事。

一架真正的飞机真的可能完全按照不可预期的方式飞行吗?对各种可能的路线保持开放的心态是一回事,但真的从地球中心飞过?或在时间里来回穿梭?别开玩笑了!

是的,你是对的。“别开玩笑了!”是面对如此可笑想法的唯一自然反应。

但你依然应该对此保持开放心态,因为对于飞机来说听起来疯狂的事,对于微粒来说可能非常真实。

现在就让我们拿粒子来思考一下,一颗没有被任何人观察着的粒子。你想象一下它从一个地点运动到另一个地点,你只能在起点与终点探测到它。现在,同样一个问题:如果你不去观察,这个粒子究竟是沿着什么轨迹从起点运动到了终点?

显然这取决于……

但是不对,它并不取决于任何东西。对飞机来说,这个想法可能过于抽象,但对粒子来说,这是真实情况。只要你没有去观察,一个粒子就能真的经过你能够想象的所有途径,不管这些途径听起来合不合理。粒子的运动和行为与你在日常生活中所看到或经历到的一切都不相同。或许你在游历原子的内部结构时已经瞥见了这个秘密,看到了电子和其他粒子并不只是一个球状的某块物质。现在我们将接近一个更深层的真相:量子场会给粒子带来奇怪的效应。

一个粒子属于量子场意味着它的确分裂成许多它自己的影像,一直都是。所有这些影像所经过的轨迹填满了空间与时间中的每一点,如果你想偶遇的话,在任何一个时间或地点都有可能见到那个粒子,只是几率大小不同罢了。

更糟糕的是,在物质的粒子或光子被探测到之前,它们无数的自身影像可以再次分裂并变成其他东西,然后再变回它们一开始的自身。就像光子开始变成电子,电子变成光子,在我们没有观察的时候,宇宙中所有的粒子都能变成另外的东西。量子微粒是一些难以捉摸的小家伙:当大自然没被关注时,一切可能发生的事都发生了。如果你不相信我说的话,请自己看。

你漂浮其中的无边夜空中有一些事情正在发生:一个白色无门的立方体房间出现在你周围,很快,你发现自己位于其中,它的墙壁被完美的白色微小探测器盖满。几百万个。

就在你的正前方,这个无门的房间中间从地板到天花板竖着一根金属柱子,有你的手臂那么粗。

房间里唯一的另一件东西就是一台黄色的仪器,看上去有点像那种能够弹射网球的装置。这个奇怪的小机器人看上去正通过它的发球管注视着你。

显然替他编写程序的人很讲礼貌,它向你打了个招呼:“你好!”

它没有嘴巴或眼睛或耳朵或任何器官,但它能说话,嗓音有点沙哑。

“你好。”你回答道,谁知道呢,你打算开始提问。

那机器打断了你,解释说它身体里充满着蠢蠢欲动的粒子,它将从现在开始,一个接一个地将它们抛向房间的另一边。

如果你想知道它们是光子还是物质粒子,回答是两者都有可能——因为你将要看到,物质与光在根本上具有同样的行为。

显然机器人已经等不及了,立刻开始倒数:

“三……二……一……”

管子里出现了一个粒子,一瞬间,房间的另一边响起一声铃响。你好奇地觉得那个机器人很满意自己的动作。

你向一边微微侧过身去,看到墙上的一个探测器变黑了,位于金属柱子后面。

第一个问题:“那个粒子是怎么去往那里的?”机器人问道。

它那空洞的职业声调并没有让你不快,你站到投球手抛出微粒的位置,一条直线连接了发球管与变黑的探测器。那条显然就是粒子轨迹的直线几乎碰到了金属柱,还差一点儿。

“这就是轨迹。”你回答,抬起手指指向那粒子唯一可能经过的方向。

“错!”机器人回答道,简单直接。

“再说一遍?”你说,颇感意外。

“你的答案不正确,不管你指向的是哪个方向。”机器人说道,你怀疑编程者是不是真的考虑了礼貌。

“但只有这条可能的线路!我现在就看着它。”

“如果你依赖感官与直觉,”机器人继续说道,“那么你将一直给出错误的回答。每个刚进入这间房的人都会犯这个错误。量子微粒所遵循的规则与你们日常生活中的不同。对于粒子来说,你的感官和直觉没有用。忘掉它们。”

不管你觉得它的态度多么粗暴,这个机器人说得一点不错。虽然它的外表看上去没什么了不起,它却具有实现本书所述的各种方程式的能力,事实上它是世界上最先进的计算机——就像计算机常常是科学家们真实生活中最好的朋友一样,它能帮助他们看清自己的理论,我们的机器人超级计算机也将在我们这本书的剩余部分中给我们提供许多帮助。

它能按照我们人类已知的自然规律模拟任何进程。例如,你现在所在的白色房间,就是这台计算机的杰作,里面所发生的一切都遵循着大自然已知的法则。

或许看起来我们的机器人所投出的粒子按照标准直线飞行,但粒子们属于很小的微观世界,位于我们的常识之外。计算机说你错了,因为刚才所发生的事件与你是否看见或是否聪明没有关系。计算机谈论的是大自然,在这点上大自然坚定而清晰:粒子的行为不同于网球,而是量子微粒。从一个地方运动到另一个地方,它们会在时间与空间上经过所有可能的路径,只要这些路径出发于起点,终止于终点。因此机器人所发射的粒子的的确确经过了所有地方。同时经过。那根柱子的左边与右边,以及从中间穿过。甚至在房间外面,进入未来并回来——直到它击中墙上的一个探测器为止。

不用担心,你并不需要理解这些。事实上你是不是理解完全没有任何影响,自然就是这么运行的。无人观察的粒子的确沿着时空所能提供的一切可能路径运动。房间中央竖着的金属柱子也不改变任何东西。实际上它竖在那里的意义只是为了让你有个参照。拿走它后粒子照样从它原本所在位置的左边和右边穿过。

另一方面,那些在墙上的探测器们,的确造成不同:击中其中的一个令粒子最终出现在某个地方。

在你身后,那个黄色的粒子发射机器开始振动,变得热了起来。你猜想它是不是出了故障。似乎看穿了你的想法,它突然又开口说话。

“所有的一切都正常,我在放慢时间。那需要能量。你下一次眨眼的时候,我将投出另一个粒子。你将会看到这个房间会变成什么样子,或许你真的能够见证这个粒子从发球管到对面墙上所有可能经过的途径。”

还没来得及细想,你禁不住眨了一下眼,机器人的确开始了又一次倒数。时间的流逝也开始变慢了。

“三……二……一……”

粒子以极慢的速度离开机器人。一开始,它看上去像是一团模糊的云。

你就站在发球管后面,看着它似乎分裂成无穷多的自身鬼影,实际上成为一种波,一种被它所属的背景场推动着的波纹,向着空间与时间的各个方向运行,从柱子的左边与右边,还有中间穿过,还穿过了房间的墙壁,分裂成你能够想象到的极限之多的自身影像,真的是这样,直到突然之间聚集在一起,结束在房间另一边墙上的一个点上,触发了另一个探测器。探测器变黑。铃声响起,时间回复到正常速度流逝。

你刚才拜计算机模拟所赐见到的在白色房间中所发生的图景,就是科学家们相信无人观察到的粒子的行为。当有人对它们进行观察时,所有的规则都改变了。当雷达在整个航程中不停地跟踪飞机时,它就不可能出现在被探测到的地点之外的地方。同样,当有人试图探测一个粒子时,就像那些安装在墙上的探测器所做的,粒子就不再出现在所有地方,而是只在一个地方。然而,与里面坐着乘客的飞机不同,在没有人观察时,粒子真的到处都在。

从表面上看,这听起来就像“森林中倒下一棵树”的问题:如果没有人听到,那么树发出声音了吗?当我们在场时,树真的倒下了吗?但我们这里所谈的不是哲学——我们谈的是大自然,是包围并构成我们自己的粒子们的行为。

现在,为什么粒子——大自然——会在乎有没有人观察它?是的,许多科学家也在思索这个问题。这个问题引领着一些科学家做出看似疯狂的回答,我们将在第六部分中做一下介绍。现在,就让我们先指出你刚才所见证的现象已经被无数实验所证实。粒子无处不在,又突然不在那里了,探测器本身迫使被抛出的粒子必须击中房间里墙上某处的探测器。

“如果你感到迷惑,这是完全正常的,”机器人说道,“我向你展示的就是探测真相会改变自然的活生生例子。”

“再说一遍?”你皱着眉头,问道。

“真相在你注视它时发生了改变。”机器人又重复了一遍,“如果你感到迷惑,这是完全正常的。”

非常微小的量子世界,看上去是一个由各种可能性构成的混合体。

所有粒子所属的量子场是这些可能性的总和,然而,当有人试图找出粒子的真相时,看见粒子就意味着许许多多存在着的可能性中的一个被选了出来,这种选择就是你探测到它这个行动本身。没有人知道为什么会这样,或者这是如何实现的,但真实的结果就是如此。在你与量子世界相互作用时,多重性变成了单一性。就好像,在别人眼里,在生命中的某个时间点对于某个话题,你所具有或不具有的所有想法的可能性都存在,直到有人听到你大声说出的时候,在此之后那种无限的可能性突然被缩小为一个想法。这就是那间白色房间墙上挂着的探测器所做的事。它们迫使机器人发射的粒子最后落在某个地方,而非一直处在所有地方,剥夺了它们无处不在的特性。

你逐渐意识到这件事可能带来的后果,不禁汗毛倒竖,虽然你依旧只是一个影子。这是不是就意味着有了合适的探测器,你就能够创造你自己的真实世界?仅仅通过试图探测它们,你是否能够让粒子——物质本身——以这种而不是那种的方式运动,以此来塑造你自己想要的宇宙?威滕曾经说过宇宙并不是为了你的方便而被创造的,或许他错了。

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