第0章 獅子懂物理嗎

天上地下有很多東西，賀拉斯，其豐富多彩，遠超你們的哲學(xué)夢想。

——《哈姆雷特》，莎士比亞

我剛開始在大學(xué)物理系學(xué)習(xí)的時候，在某個早晨聽到了一位老師的精彩發(fā)言，講的是理解量子理論的困難所在。

我們都看過《動物世界》這類節(jié)目，里面總會有獅子獵捕羚羊的經(jīng)典一幕。觀眾們一直捏著一把汗，直到羚羊漸漸和獅子拉開距離，獅子審時度勢只能無奈放棄追趕，于是羚羊便得以從血盆大口中逃生。

如果我們細細思考這一場景，就會發(fā)現(xiàn)獅子在追趕羚羊的同時，也在做著復(fù)雜的運算。它知道自己的速度，也了解羚羊的速度。通過計算向量相減，如果獅子發(fā)現(xiàn)它和羚羊之間的距離在慢慢增大，就會放棄追趕，以便為下一次勝算更大的獵捕保存體力。

即便對一個高中生來說，獅子做的這些計算都不簡單。

那么問題來了：難道獅子懂物理嗎？

確實如此。獅子和其他動物（包括人類）一樣，在進化的過程中已經(jīng)具備了在日常生活中使用物理推理的能力。如果沒有物理知識，人類也無法生存。

那些被稱為經(jīng)典物理的概念來自于對日常生活的觀察。我們觀察天空，預(yù)測月相；射一支箭或者扔一塊石頭，畫出拋物線確定物體在空中的運動軌跡。

但當我們進入現(xiàn)代物理的世界，就會發(fā)現(xiàn)這已遠離了人類的日常經(jīng)驗。20世紀初，人類能達到的最快速度僅僅是每小時100 km，這也就不難理解為什么我們無法想象以接近光速運動起來會發(fā)生什么了。

既然我們沒有進化出能看到電子這類微粒的眼睛，就很難從直覺上理解電子的不確定狀態(tài)。

量子力學(xué)涉及的現(xiàn)象都不是人類日常生活能接觸的，遠遠超出了我們對現(xiàn)實的認知。

到目前為止，不懂量子力學(xué)也不影響我們活著。

量子物理學(xué)是什么

自誕生起，人類就想要探尋宇宙的奧秘。目前的物理學(xué)科對宇宙的探秘主要圍繞兩大理論展開：量子論和相對論。

相對論主要描述了宏觀世界和星系運動，而量子論則揭示了原子的神秘行徑及其微小的組成部分——也正是世間萬物，包括我們自己的組成部分。

20世紀初，人們開始探尋量子世界的奧秘，發(fā)現(xiàn)量子世界的微小粒子遵循著和經(jīng)典世界不一樣的游戲規(guī)則。那里經(jīng)常會有讓我們覺得不可能的事情發(fā)生：一顆粒子可以憑空被創(chuàng)造出來；能夠同時出現(xiàn)在兩個不同的地方；根據(jù)解讀視角的不同，還能夠具有波動性或者粒子性；能夠穿過墻壁；即使距離很遠，兩個粒子之間也有“靈異聯(lián)系”（愛因斯坦的原話），以及其他很多看似荒唐的特性。

一個世紀前，科學(xué)家認為宇宙就像鐘表機械盤一樣精確。因此，他們在進入微粒的世界時就遇到了難題：宇宙的運行怎么可能這么混亂？

新的物理學(xué)讓眾多科學(xué)家不斷挑戰(zhàn)自己的信仰，并且提出了充滿智慧的問題：唯一、客觀的現(xiàn)實是否存在？當我們沒有看的時候，月亮還在天上嗎？愛因斯坦愿意相信月亮一直在天上。我們究竟是在按照既定的劇本生活，還是隨著人生的發(fā)展在自己創(chuàng)作劇本？

量子物理學(xué)繼續(xù)動搖著試圖用理智解讀這一學(xué)科的人，因為這門學(xué)科已經(jīng)超出了人類的想象范圍。

我們可能會錯誤地認為，量子物理學(xué)只是一門純理論性的研究，并且可信度不高。但實際上，量子理論是科學(xué)中最精確的。迄今為止，還沒有發(fā)現(xiàn)任何量子理論的預(yù)言是錯誤的，也沒有哪個實驗?zāi)軌蛲品孔永碚摗?/p>

于是，量子物理學(xué)開始融入我們的日常生活。目前，三分之一的經(jīng)濟行為是與量子物理學(xué)以及我們對它的認識有關(guān)的。從早晨用微波爐加熱牛奶，到超市自動開關(guān)的感應(yīng)門，甚至是電視、電腦、手機、閱讀器等，都利用了量子技術(shù)，只是我們沒有意識到罷了。

面對量子理論，我們有兩個選擇：一是埋頭計算別吭聲，一心想著推動科技發(fā)展；二是勇敢地解讀宇宙和物質(zhì)試圖傳遞給我們的信息。

如果選擇前者，我們就不需要經(jīng)歷量子物理學(xué)帶來的混亂和悖論。但如果想看到比方程式更遠的東西、探尋量子世界的神秘之處的話，我們就需要穿越物理界限，進入哲學(xué)的世界，甚至需要研究形而上學(xué)，從語源的角度看，可以理解為在自然學(xué)之后的學(xué)科。

本書將帶領(lǐng)我們踏上一段神奇的旅程。我們將在途中得到令人費解的答案，而這些答案又能引出更加令人費解的問題。

講到這了，就來說一個關(guān)于理查德·費曼的軼事。有位學(xué)生問這位諾貝爾獎得主：“量子波的真正作用是什么？”費曼只是回答：“噓，先把門關(guān)上。”