第1章
如果你沒感到震驚，說明你還不懂

在電視劇《星際迷航》及其衍生作品中，“進(jìn)取”號(hào)（Enterprise）飛船穿梭在各個(gè)星系之間，它的一個(gè)為期五年的任務(wù)便是去探索那些人類未曾踏上的星球。“進(jìn)取”號(hào)的船員使用的是那些屬于遙遠(yuǎn)未來的科技：數(shù)倍于光速的曲速飛行，利用“子空間通信”與幾光年外的艦隊(duì)司令部聯(lián)絡(luò)，掃描正在靠近的飛船和陌生星球的表面，以及偶爾用質(zhì)子魚雷抵御一些不友好的勢(shì)力，等等。其中腦洞開得最大的恐怕就是艦隊(duì)隊(duì)員可以“嗶”一下瞬間轉(zhuǎn)移到其他星球的表面，看到各種奇特的風(fēng)景，和其他文明種族的首領(lǐng)來個(gè)面對(duì)面的交流，這些種族的文明程度都或多或少地領(lǐng)先于人類。

然而，在《星際迷航》以及其他我們知道的科幻故事的情節(jié)中，沒有一個(gè)能比1900—1930年發(fā)生在地球上的那次探索更異想天開。20世紀(jì)初是屬于科學(xué)的時(shí)代，當(dāng)時(shí)先驅(qū)者們探索的空間可以說和《星際迷航》的船員們所面對(duì)的空間一樣廣袤——這不是指跨越星際數(shù)十億光年，而是指人類向隱藏在自然界深處的、完全未知的、從未前往過的最小物體的一次旅行，正是這種小之又小、微乎其微的東西構(gòu)成了我們看到的整個(gè)宇宙。

在19世紀(jì)末20世紀(jì)初的時(shí)候，當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，從某種意義上第一次讓人類能夠去探測(cè)那個(gè)全新的、令人難以置信的“外星世界”——原子的世界。在這段時(shí)期，物理學(xué)家們遇到了難以形容的現(xiàn)象，它現(xiàn)實(shí)存在卻又超越現(xiàn)實(shí)：他們?cè)谧匀皇澜绲淖钌钐幗议_了一個(gè)奇妙而陌生的全新世界，這個(gè)超現(xiàn)實(shí)的現(xiàn)實(shí)之于科學(xué)的意義，就好比同一時(shí)期的畢加索的眼睛之于藝術(shù)、勛伯格的耳朵之于音樂、卡夫卡的筆之于文學(xué)。事實(shí)上，人們經(jīng)過三百年發(fā)展并完善了一整套物理學(xué)定律，而這精致的經(jīng)典物理學(xué)在這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的世界中卻被證明是完全錯(cuò)誤的。就好像柯克船長(zhǎng)和他“進(jìn)取”號(hào)上的伙伴們降落在了一個(gè)遵循著各種奇怪自然規(guī)則的星球，堪比愛麗絲掉入兔子洞后遭遇到的種種。它是一種真實(shí)存在的“夢(mèng)中奇境”：在某個(gè)地方存在的物體會(huì)突然間在另一個(gè)地方出現(xiàn)；一個(gè)光滑而堅(jiān)硬的石頭可以變得模糊，然后在科學(xué)家的眼皮底下彌散消失；一面堅(jiān)固的城墻可以被輕松地穿過；事件在時(shí)空中瞬間發(fā)生改變。

在這個(gè)全新的世界里，物質(zhì)中大量的“粒子”會(huì)游過來游過去、游過去游過來。科學(xué)家仔細(xì)觀察了這些“粒子”后發(fā)現(xiàn)，它們?cè)谝欢ǖ臅r(shí)間內(nèi)從A點(diǎn)到B點(diǎn)并不是簡(jiǎn)單地走一段單一的路徑，不遵從三百年之前伽利略或牛頓設(shè)想的移動(dòng)方式。[1]取而代之的，人們發(fā)現(xiàn)自然界中這種組成世界萬物的“基本粒子”——比如微小的電子——會(huì)走過所有可能的路徑，并且是在同一時(shí)間！粒子看起來并不存在，實(shí)際上卻無處不在。它們仿佛幽靈一樣掌握所有可能到達(dá)目的地的路線，然而人們卻根本不知道它們選擇的到底是哪條。科學(xué)家們實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)擋住粒子在A點(diǎn)和B點(diǎn)之間的一些可能路線后，粒子到達(dá)B點(diǎn)的行為便受到影響，它們可能會(huì)更多地到達(dá)B點(diǎn)，也可能就再也無法到達(dá)了——即便這種改變僅僅是擋住了兩點(diǎn)間眾多路線當(dāng)中的一條，而且無論它是否真的選擇了這條路徑。

粒子是極小的“點(diǎn)狀物質(zhì)”，沒有明顯的或可辨別的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但卻能夠在探測(cè)器中留下清晰的軌跡，在熒光屏上產(chǎn)生一個(gè)個(gè)小亮點(diǎn)，或是使蓋革計(jì)數(shù)器“嘀嗒”作響。然而與此同時(shí)，這種極其微小的物質(zhì)還是波——它們表現(xiàn)得像一列波、像一團(tuán)云，運(yùn)動(dòng)的方式模糊不清，波峰和波谷很像湖泊或大海表面的波浪。而像無線電波和光，這些曾經(jīng)被認(rèn)為是波的物質(zhì)，現(xiàn)在又被認(rèn)為是各種粒子。波變成粒子，粒子亦變成波，時(shí)而體現(xiàn)前者，時(shí)而體現(xiàn)后者，或者同時(shí)發(fā)生。天哪，就仿佛是同一時(shí)代的那群“癲狂”的畫家、作曲家和文學(xué)家在設(shè)計(jì)自然界的基本規(guī)律！

總而言之，在20世紀(jì)初的探索者眼前——借助高度復(fù)雜的儀器設(shè)備——這個(gè)世界已發(fā)生翻天覆地的變化，與自啟蒙運(yùn)動(dòng)以來三百年間科學(xué)給我們的解釋不同，世間萬物如今以一種全新的方式運(yùn)行。這一次，人們對(duì)物理規(guī)律的理解發(fā)生了巨大改變，開始以完全不同的方式來審視自然，并由此誕生了一門全新而又更加基礎(chǔ)的科學(xué)——量子力學(xué)。

當(dāng)物理學(xué)家試圖去描述一些關(guān)于原子的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論觀點(diǎn)時(shí)，他們還勉強(qiáng)可以沿用那些伽利略和牛頓時(shí)期發(fā)明的描述世界運(yùn)動(dòng)規(guī)律的語言或比喻，但這次，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，過去的那些描述方式，已經(jīng)完全不能適用此刻量子世界正發(fā)生的一切。這個(gè)世界似乎要讓我們使用諸如“模糊的”“不確定的”和“鬼魅般的超距作用”這樣的辭藻來描述，仿佛真的有鬼魅在四處亂跑，影響我們所觀測(cè)到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

波為什么有時(shí)候是粒子而粒子為什么有時(shí)候也是波？為了解釋這看似矛盾的問題，“波粒二象性”這個(gè)新的概念應(yīng)運(yùn)而生，即便科學(xué)家仍然對(duì)其存有困惑。值得一提的是，量子物理的結(jié)果實(shí)在是太過離奇，迫不得已，當(dāng)時(shí)的物理學(xué)先驅(qū)們否認(rèn)他們事實(shí)上在描述一種新的宏大現(xiàn)實(shí)，而傾向于不帶有任何主觀性地聲稱他們“僅僅”是發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)于可能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)方法，除此之外就無他了。或許，他們這樣也是為了保持自己僅存的一點(diǎn)理智吧。