第8章 量子叢林

第二天早晨，湯普金斯先生小小地賴了會兒床。突然，他感覺有人出現在自己的房間裏。環顧四周，發現他那老教授朋友正坐在扶手椅上，膝上攤開一張地圖，正全神貫注地研究著。

“你跟我一起去嗎？”教授抬起頭，問道。

“去哪裏？”湯普金斯先生很疑惑，而且對教授是怎麽進他房間的百思不得其解。

“當然是跟我一起去看大象，還有量子叢林裏的其他動物。我們上次去的那個台球室的老板最近把他的秘密告訴了我，說他那象牙白的台球就是從那裏帶回來的。你看看這個地區，我用紅色鉛筆在地圖上標出來了。似乎在那裏，一切事物所遵循的量子法則中的量子常數非常大。當地的土著認為這塊地方生活著妖魔鬼怪，所以我擔心很難找到一個向導了。不過如果你想跟我一起去，最好趕緊起床，動作快點。船還有一個小時就到了，我們還要順路捎上理查德爵士。”

“誰是理查德爵士？”湯普金斯先生問。

“你從沒有聽說過他？”教授的驚訝之情溢於言表，“他是很有名的老虎獵人，決定和我們一起過去，我答應他那裏一定有有趣的狩獵對象。”

他們準時來到了碼頭，看見碼頭上放著好多長箱子，裏麵都是理查德爵士的步槍，還有鉛做的特製子彈。用來做子彈的鉛是教授從量子叢林旁的鉛礦裏得來的。湯普金斯先生正在把他的行李放進船艙裏，船身的穩態振動告訴他船啟航了。航海之旅沒有什麽特別的，時間一晃就過去了，他們登岸了，來到了迷人的東方城市，這是離神秘的量子區域最近的人口密集的地方了。

“現在，”教授說道，“我們要進內陸，所以需要買一頭大象。我想沒有原住民會同意和我們一起去的，所以我們不得不自己騎大象去。而你呢，我親愛的湯普金斯，你最好學一下怎麽騎大象。我到時候忙於我的科學觀察，理查德爵士手裏端著槍，隻有你可以騎大象了。”

當來到城市外圍大象市場的時候，湯普金斯先生很不開心。他看著這些巨型動物，挑挑看其中有沒有一頭他可能可以駕馭得住的。理查德爵士很了解與大象相關的知識，所以挑了一頭脾氣溫馴的黑象，然後詢問大象主人價格多少。

當地人回答了一些讓人聽不懂的土話，露出了他白得發亮的牙齒。

“他想要很多錢呢，”理查德爵士翻譯土著的話，“但他說這隻象是來自量子叢林的，所以更貴了。我們要買嗎？”

“一定要買的，”教授給他們二人解釋，“我在船上聽說過土著人有時會抓從量子土地那邊出來的大象。它們比從其他地方出來的大象好多了，對我們而言，我們還有個優勢，因為大象這種動物在叢林裏認得自己的家。”

湯普金斯先生全方位仔仔細細打量了這頭大象，它很漂亮、高大，但是並沒有跡象表明它比他在動物園裏看到的大象行為上有什麽區別。他轉向教授說道：“您說它是量子大象，但在我看來它跟普通大象沒什麽兩樣，也沒有像那些用它的親戚們的長牙做出來的台球一樣，表現出滑稽的樣子。它為什麽沒有四處散開呢？”

“你理解能力尤其遲鈍，”教授說他，“因為它的質量很大。我之前告訴過你位置和速度的不確定性都取決於質量，質量越大，不確定性就越小。這就是為什麽在日常生活中我們觀察不到量子定律，甚至是灰塵粒子這麽輕的物體也看不出來，但是電子比灰塵粒子輕太多了，所以對於電子來說，量子定律就相當重要了。現在呢，在量子叢林裏，量子常數盡管非常大，但還沒有大到足以對像大象這般重的動物產生驚人的作用效果。隻有湊近觀察量子大象的輪廓，才能注意到它位置的不確定性。你可能已經注意到它皮膚表麵沒有相當清晰，看上去似乎有些許的模糊。隨著時間的推移，這種不確定性增加了，當地傳說中講到，量子叢林裏非常年邁的大象有著長長的毛發，我想這就是傳說的起源。但是我預計小一點的動物都會顯現出非常明顯的量子效應。”

湯普金斯先生心想：“那我們這次探險沒有騎馬豈不是一件好事了？如果騎著馬的話，我可能永遠都不知道我的馬是在我膝蓋之間還是在隔壁村莊。”

他們在大象的背上係著大籃筐，等教授和端著步槍的理查德爵士爬進籃筐之後，湯普金斯先生坐在了大象的脖子上，開始擔當起騎象人的職責。他一手緊緊抓住尖頭棒，他們一行三人朝神秘叢林進發。

城裏人告訴他們大概需要一個小時才能到達叢林，於是湯普金斯先生一邊努力在大象的兩耳之間找平衡，一邊決定利用這個時間再向教授請教更多關於量子現象的知識。

“麻煩您告訴我，”他朝向教授，問道，“為什麽質量小的物體表現得如此特別？你一直在說的這個量子常數的常識性的含義是什麽？”

“噢，這並不難理解，”教授回答，“你在量子世界裏觀察到的所有物體的怪異表現都是因為你在看著它們。”

“它們那麽害羞嗎？”湯普金斯先生笑道。

“‘害羞’這個詞並不合適，”教授不加掩飾地指正他，“問題在於，在對運動進行任何觀察時，你不可避免地會幹擾到這個運動。事實上，如果你了解物體的運動，你就會知道物體在運動時會對你的感官或者正在使用的觀察裝置產生作用。由於作用和反作用是平等的，所以我們必須得出結論，你的測量設備同時也作用於運動的物體，這麽講，也就是‘破壞’了它的運動，給它的位置和速度引入了不確定性。”

“那麽，”湯普金斯先生說，“如果我在台球室裏用我的手指碰了那個球，那麽我肯定是幹擾了它的運動。但我隻是看著它，怎麽就幹擾了呢？”

“當然幹擾了。你在黑暗中看不見球，但如果你把它放到光線下，它反射的光線既讓它變得可見，又作用於它身上——我們稱為光壓——這也‘破壞了’它的運動。”

“但假設我用的是非常精細和靈敏的儀器，那我不能讓我的儀器作用在運動的物體上麵的力足夠小以至於可以忽略不計嗎？”

“那是我們在古典物理學中所想的，當時量子作用還沒有被人們發現。20世紀初，人們逐漸意識到對任何一個物體的作用力不可能低於某個確定的極限，即我們所說的量子常數，用符號h指代。在一般的世界中，量子作用很細微；以慣用單位來表示，它的數值在小數點後還有27個零，隻有對於像電子這般輕的粒子而言，量子常數才很重要，因為電子質量很小，所以很小的作用力就能影響到它。我們現在正在去往的量子叢林，它裏麵的量子作用是非常大的。那是一個粗獷的世界，所有柔和的動作都是不存在的。如果那個世界裏有一個人想要撫摸一隻貓，那隻貓要麽是什麽都沒感覺到，要麽就被第一個‘撫摸’的量子折斷了脖子。”

“好吧，”湯普金斯先生若有所思，“但當沒有人在看的時候，物體的表現會正常嗎？我的意思是，以我們習慣認為的那種方式。”

“要是沒有人在看，”教授說，“沒有人知道它們表現得怎樣，那麽你的問題就不是物理問題了。”

“好吧，好吧，”湯普金斯先生驚呼，“這對於我來說就是個哲學問題！”

“隨你便吧，你可以稱之為哲學問題，”教授很明顯感覺被冒犯了，“但事實上，現代物理的基本原則是，絕不要去談你無法知道的東西。現代物理理論全部都基於這個原則，然而哲學家們通常會將其忽略掉。比如說，著名的德國哲學家康德曾花了很多時間去反思物體的性質，他所考慮的性質不是物體‘呈現出來給我們看’的性質，而是它們‘自身’的性質。對於現代物理學家來說，隻有所謂的‘可觀察量’（原則上，即具有可觀察特質的）才有意義，現代物理學整體都建築在這些可觀察量的相互關係上。不能被觀察到的東西隻適用於閑暇時候瞎想想，你發明它們沒有任何限製，也不可能去驗證它們是否存在，或者也不能利用它們。我會說……”

就在這時，一聲可怕的吼叫聲充斥了整個叢林，大象被嚇得激烈地橫衝直撞，湯普金斯先生差點摔了下去。一大群老虎正在攻擊大象，從四麵八方同時往大象身上跳。理查德爵士緊緊抓住步槍，瞄準了離他最近的那隻老虎的雙眼之間扣動了扳機。下一刻湯普金斯先生就聽到理查德發出獵人常有的低吼。理查德直直地射穿了老虎的腦袋，卻沒有傷害到老虎。

“多開槍！”教授大喊道，“你到處開槍，不要太在意目標是否清晰！這裏隻有一隻老虎，但它分散開來包圍了大象，我們唯一的希望就是提高漢密爾頓量。”

說著教授也拿起了一把步槍，激烈的槍聲與量子老虎的吼聲交織在一起。對於湯普金斯先生來說，似乎過了好久，戰鬥才結束。一發子彈‘擊中了點’，讓他驚訝的是，那個突然出現的老虎被狠狠地甩飛了，它的屍體在空中畫了道弧線，落在了身後遙遠的棕櫚林中。

“誰是漢密爾頓？”一切都平息之後，湯普金斯先生問道。

“他是有名的獵人嗎？你想把他從墳墓中拉出來助我們一臂之力？”

“噢！”教授反應過來，“不好意思，剛才戰鬥太激烈了，我開始用科學術語了，你不懂這些術語！漢密爾頓量是一種數學表達方式，用來描述兩個物體之間的量子相互作用。這是以愛爾蘭數學家漢密爾頓的名字命名的，他首先使用了這一數學表達法。我剛想說的是，射出了更多的量子子彈，我們就會增加子彈和老虎身體之間相互作用的可能性。在量子世界中，你知道的，人不能準確瞄準，也不能保證一擊斃命。由於子彈自身的分散，也由於目標對象自身的分散，隻存在擊中的有限的可能，但又不存在確定性。剛才我們射擊了至少30發子彈才真正擊中了老虎，然後子彈在老虎身上的作用力極強，以至於它被掀飛了。在我們原本的世界裏，相同的事情也會發生，但是規模就小了很多。正如我剛才已經提到的，在正常的世界裏，人想要觀察到量子現象就必須去研究如電子般小的粒子的表現。你以前一定聽說過每個原子都是由一個中心的原子核和許多在原子核周圍旋轉的電子組成的。首先，人們習慣地認為，電子圍繞著原子核旋轉運動就和行星圍繞著太陽旋轉相類似，但是進行更深層次的分析就會發現，關於運動的一般的概念用於原子的微縮係統中太粗糙了。在原子內部扮演著重要角色的作用力和基礎量子作用力一樣，有著相同的數量級。這麽一來，整幅畫麵就展開了。電子圍繞著原子核旋轉運動在很多方麵就和老虎圍繞著大象轉相類似。”

一大群看上去模糊不清的老虎正在攻擊他們的大象

“那有沒有人像我們射擊老虎一樣射擊電子？”湯普金斯先生問。

“當然有的，原子核它自身有時候就會發射出能量極強的光量子或者是基礎的光作用單元。你也可以從原子的外部射擊電子，隻要用一束光照亮它。所發生的情況就像剛才的老虎一樣，許多光量子穿過了電子所在的地方卻沒有影響到它，直到最後其中一個光量子作用到電子上了，把它射出了原子外。量子係統不會被稍微地影響，它要麽完全不被影響，要麽就受到很大的影響，發生了很大的改變。”

“就像在量子世界中可憐的小貓被撫摸可能會死掉一樣。”湯普金斯先生總結道。

“看！羚羊！好多羚羊！”理查德爵士大喊道，舉起了步槍。一大群羚羊正從竹林中冒出來。

“受過訓練的羚羊，”湯普金斯先生這麽想，“它們奔跑的形態一致，就像閱兵遊行的士兵。我在想這是不是某種量子效應。”

羚羊群朝著大象快速奔來，理查德爵士準備射擊了，這時教授攔住了他。

“不要浪費你的子彈，”他說，“在一隻動物以衍射的行為模式運動的時候，擊中它的概率微乎其微。”

“你說‘一隻’動物是什麽意思？”理查德爵士不解地驚呼，“這裏至少有好幾打！”

“噢，不是的！隻有一隻小羚羊，因為它受驚了，所以正在穿過竹林跑過來。現在，所有物體的‘分散’都有一個特性，這個特性與普通的光相類似，通過一個正常的開口，比如竹林裏竹竿之間，就會出現衍射現象，你可能在學校聽說過。因此，我們就要講到物質的波動特征。”

理查德爵士準備射擊了，這時教授攔住了他。

但是理查德爵士和湯普金斯先生都沒有懂這個神秘的術語“衍射”是什麽意思。就在這時談話結束了。

穿過這片量子土地的漫長旅途中，我們的旅行者們遇到了相當多有趣的現象，比如量子蚊子，由於它們的質量很小，勉強剛好能成形，還有一些非常好玩的量子猴子。現在他們正朝著看上去非常像是一個土著村莊的地方走去。

教授說：“我不知道在這片區域還有人類聚集。聽這噪聲，我猜他們正在舉辦什麽節日活動。你們聽這持續不斷的鈴響。”

土著們很明顯是在圍繞著篝火跳著狂野的舞蹈，但是很難去區分每一個人的形態。大大小小拿著鈴鐺的棕色的手一直從人群中升向天空。當他們逐漸靠得更近，眼前的一切包括小木屋，還有周圍的大樹，都開始分散，而鈴鐺的響聲變得逐漸刺耳，湯普金斯先生已經受不了了。他伸出手，抓起了個東西，然後扔得遠遠的。鬧鍾打翻了他床頭櫃上的一杯水，冷水灑到了他臉上，他醒了過來。他跳下了床，開始飛速地穿衣打扮。半個小時內他必須到銀行，不然上班就遲到了。