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，遠超你們的哲學夢想。

——《哈姆雷特》，莎士比亞

我剛開始在大學物理系學習的時候，在某個早晨聽到了一位老師的精彩發言，講的是理解量子理論的困難所在。

我們都看過《動物世界》這類節目，里面總會有獅子獵捕羚羊的經典一幕。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，就會發現獅子在追趕羚羊的同時，也在做著復雜的運算。它知道自己的速度，也了解羚羊的速度。通過計算向量相減，如果獅子發現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。

那些被稱為經典物理的概念來自于對日常生活的觀察。我們觀察天空，預測月相；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。

但當我們進入現代物理的世界，就會發現這已遠離了人類的日常經驗。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。

量子力學涉及的現象都不是人類日常生活能接觸的，遠遠超出了我們對現實的認知。

到目前為止，不懂量子力學也不影響我們活著。

量子物理學是什么

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，發現量子世界的微小粒子遵循著和經典世界不一樣的游戲規則。那里經常會有讓我們覺得不可能的事情發生：一顆粒子可以憑空被創造出來；能夠同時出現在兩個不同的地方；根據解讀視角的不同，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？

新的物理學讓眾多科學家不斷挑戰自己的信仰，并且提出了充滿智慧的問題：唯一、客觀的現實是否存在？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，還是隨著人生的發展在自己創作劇本？

量子物理學繼續動搖著試圖用理智解讀這一學科的人，因為這門學科已經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，量子理論是科學中最精確的。迄今為止，還沒有發現任何量子理論的預言是錯誤的，也沒有哪個實驗能夠推翻量子理論。

于是，量子物理學開始融入我們的日常生活。目前，三分之一的經濟行為是與量子物理學以及我們對它的認識有關的。從早晨用微波爐加熱牛奶，到超市自動開關的感應門，甚至是電視、電腦、手機、閱讀器等，都利用了量子技術，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展；二是勇敢地解讀宇宙和物質試圖傳遞給我們的信息。

如果選擇前者，我們就不需要經歷量子物理學帶來的混亂和悖論。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，進入哲學的世界，甚至需要研究形而上學，從語源的角度看，可以理解為在自然學之后的學科。

本書將帶領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，就來說一個關于理查德·費曼的軼事。有位學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，先把門關上。”