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第九章 威力巨大的原子(5)
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因此,结果证明,原子不完全是大多数人创造的那个模样。电子并不像行星绕着太阳转动那样在绕着原子核飞速转动,而更像是一朵没有固定形状的云。原子的〃壳〃并不是某种坚硬而光滑的外皮,就像许多插图有时候怂恿我们去想像的那样,而只是这种绒毛状的电子云的最外层。实质上,云团本身只是个统计概率的地带,表示电子只是在极少的情况下才越过这个范围。因此,要是你弄得明白的话,原子更像是个毛茸茸的网球,而不大像个外缘坚硬的金属球。(其实,二者都不大像,换句话说,不大像你见过的任何东西。毕竟,我们在这里讨论的世界,跟我们身边的世界是非常不同的。) 古怪的事情似乎层出不穷。正如詹姆斯·特雷菲尔所说,科学家们首次碰到了〃宇宙里我们的大脑无法理解的一个区域〃。或者像费曼说的:〃小东西的表现,根本不像大东西的表现。〃随着深入钻研,物理学家们意识到,他们已经发现了一个世界:在那个世界里,电子可以从一个轨道跳到另一个轨道,而又不经过中间的任何空间;物质突然从无到有……〃不过,〃用麻省理工学院艾伦·莱特曼的话来说,〃又倏忽从有到无。〃 量子理论有许多令人难以置信的地方,其中最引人注目的是沃尔夫冈·泡利在1925年的〃不相容原理〃中提出的看法:某些成双结对的亚原子粒子,即使被分开很远的距离,一方马上会〃知道〃另一方的情况。粒子有个特性,叫做自旋,根据量子理论,你一确定一个粒子的自旋,那个姐妹粒子马上以相反的方向、相等的速率开始自旋,无论它在多远的地方。 用科学作家劳伦斯·约瑟夫的话来说,这就好比你有两个相同的台球,一个在美国俄亥俄州,一个在斐济,当你旋转其中一个的时候,另一个马上以相反的方向旋转,而且速度完全一样。令人惊叹的是,这个现象在1997年得到了证实,瑞士日内瓦大学的物理学家把两个光子朝相反方向发送到相隔11公里的位置,结果表明,只要干扰其中一个,另一个马上作出反应。 事情达到了这样的一种程度:有一次会议上,玻尔在谈到一种新的理论时说,问题不是它是否荒唐,而是它是否足够荒唐。为了说明量子世界那无法直觉的性质,薛定谔提出了一个著名的思想实验:假设把猫儿放进一只箱子,同时放进一个放射性物质的原子,连着一小瓶氢氰酸。要是粒子在一个小时内发生衰变,它就会启动一种机制,把瓶子击破,使猫儿中毒。要不然,猫儿便会活着。但是,我们无法知道会是哪种情况,因此从科学的角度来看无法作出抉择,只能同时认为猫儿百分之百地活着、百分之百地死了。正如斯蒂芬·霍金有点儿激动地(这可以理解)说,这意味着,你无法〃确切预知未来的事情,要是你连宇宙的现状都无法确切测定的话〃。 由于存在这么多古怪的特点,许多物理学家不喜欢量子理论,至少不喜欢这个理论的某些方面,尤其是爱因斯坦。这是很有讽刺意味的,因为正是他在1905年这个奇迹年中很有说服力地解释说,光子有时候可以表现得像粒子,有时候表现得像波……这是新物理学的核心见解。〃量子理论很值得重视。〃他彬彬有礼地认为,但心里并不喜欢,〃上帝不玩骰子。 〃他说。 爱因斯坦无法忍受这样的看法:上帝创造了一个宇宙,而里面的有些事情却永远无法知道。而且,关于超距作用的见解……即一个粒子可以在几万亿公里以外立即影响另一个粒子……完全违反了狭义相对论。什么也超不过光速,而物理学家们却在这里坚持认为,在亚原子的层面上,信息是可以以某种方法办到的。(顺便说一句,迄今谁也解释不清楚粒子是如何办到这件事的。据物理学家雅基尔·阿哈拉诺夫说,科学家们对待这个问题的办法是〃不予考虑〃。) 最大的问题是,量子物理学在一定程度上打乱了物理学,这种情况以前是不存在的。?
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