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好。
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与这个电子完全相同的电子们以不同的数目存在于宇宙里所有的原子之中。它们是我们电器与磁性设备的基础,没有它们,就没有计算机、洗衣机、手机、灯泡……任何东西。我们所有的能源与通信工具都依赖它们而存在。
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慢慢地,非常缓慢地,你伸出自己一只已经缩微了的手,想抓住这颗电子,凑近些去研究。
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奇怪的是,电子很难抓到。每一次你微小的眼睛看清了它的位置,它就开始乱动,看上去就像你每次想要确定它位置的行动本身就会让它以无法预测的方式改变自己的轨迹。
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这并不是你的想象力试图与你开玩笑。
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这是一个真实的现象。这是许多发生在量子世界而不是由水晶花瓶或咖啡杯所构成的日常世界中的真实现象之一。
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我们眼里的大自然在根本上是不确定的,你刚才看到的就是它的一个表现。你将在本书第六部分中更深入地了解这点,但你现在就已经能够感觉到量子世界所发生的怪事了。你想要做的,就是真正抓住这颗电子——让它说话。没错。不管是不是缩微版的你,在这里,你只是纯粹的意识而已,可以做一切你想做的事。如果一颗小小的电子就能打败你,该是多么没劲,所以……跳!比你想的更快,你微小的眼睛瞥见了它,就在那里,右边,你猛扑过去。就在那里了,在你的右手中,你紧紧握住的右手中。电子就在你的手心里摇摆,感觉上就像一只以接近光速飞行的蝴蝶在你的掌心里扇动翅膀。你开始握紧你的手指。电子是带有电荷的微粒,它通过电磁场中出现的虚拟光珠与你微小手掌中也带有电荷的微粒相互作用。
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你握紧、握紧、再握紧,想要把它禁锢在那最小的牢笼里,让它平静下来……突然间,你感觉不到它了。它消失不见了。
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你打开拳头。
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没有电子。
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你完全肯定自己微小的手指间没有任何空隙,但是,它还是跳走了。你什么都没感觉到。它穿过你跳走,却没有碰到你。
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它又回到你抓走它的地方,围绕在那看不见的氢原子内核周围。
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真没礼貌。
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但它是如何做到的?电子怎么能不接触你而离开你的掌心?原来,它在你的手里挖了地道。它跳跃出去了。打破纪录的跳跃。量子跃迁。这是只有在亚原子世界才会发生的现象,在我们生活的巨大尺度,如厨房、花瓶、飞机等构成的日常世界中不存在。或许有人这么想。
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你至今还尚未有机会分析一个电子,但显然你已至少了解到它的诡异特性之一:它能够自顾自地随意跳跃。这个现象本身被称为“量子隧穿”或“量子跃迁”,而且不仅仅是电子,你在量子世界见到的所有粒子都能量子跃迁或隧穿,与电子一样。
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说了那么多,让我们暂停一会儿,先来回顾一下术语。
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当科学家们发现新东西时,需要给它取个名字。对于微观、量子世界,他们通常这样构词——在“量子”后面加上另一个词,很多时候后面那个词是我们平常使用的普通词语。这里,我们用了“隧穿”,或“跃迁”,或“世界”,所有这些词,意思都很明白,也表达了其所指称的意思。而“量子”一词则表达了一种警告。“量子”表示有一些奇怪的含义在里面。在刚才这个例子中,量子隧穿的奇怪之处在于:电子的确用隧穿的方式运动……但实际上没有什么隧道存在。
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量子跃迁几乎不会发生在人类尺度上,但如果假想一下它们能够在你的生活中发生,想象你回到从前,当你还是孩子的时候,就在这间厨房里,你父亲让你收拾桌子,但已经很晚了,你忽然觉得方圆一百公里之内的所有空气都压在自己瘦弱的肩膀上,你嘟哝了几句谁都听不清的话,就像小熊崽的低吼。什么都没发生,桌子还在那里。
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你坐在地板上,满心绝望。来了。你突然发现自己来到餐厅,与厨房一墙之隔,边上就是桌子和所有东西,所有餐具、盘子杯子之类,它们都隧穿或跳跃或以别的什么词来形容的方式进入了洗碗机。这听起来就像童话或电影《欢乐满人间》中的场景,不过公平地说,真要是在宏观世界发生量子跃迁,你就无法控制餐具、盘子、杯子会跳到哪里,那么几乎没有可能它们会老老实实跳进洗碗机里,而且你的父亲大概要把所有东西重新买一遍,因为你根本找不到它们了。
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听起来很奇怪,不是吗?
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那就是量子隧穿。如果量子规律能够在我们的尺度上发生,墙壁和门以及私密性都将不复存在。幸运的是,或者说神秘的是,它们不能。
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因为量子隧穿效应,在微观世界中几乎所有东西都能穿过任何阻碍。为什么可以如此?我们的理解是它们能够从它们所属的量子场中——它们游泳其中的海洋里,那个充满了时空的每个角落的海洋——借到能量。不管想借多少都行。这可是多少运动员的梦想啊。
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但那还是没告诉你电子到底长啥样,我最好还是老实说:在这个问题上那个缩微版的你可能要面对一点点的失望。没有可能描述一个电子的样子,因为这是由它所属的量子场所决定的。
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电磁场无处不在,宇宙中的每一颗电子不仅属于其中,而且还与任何另一颗电子一模一样,无论那颗电子位于何处,处于何时。你可以任意交换两个电子,宇宙都不会有一丝一毫的改变。因为这个原因,也因为它们所表现的量子场,电子无法按照我们形容宏观物体的方式来形容。它们属于场的一部分。它们是场的一部分,就像巨大海洋里的一滴水,或者夜晚空气里的一阵风,你无法确切定位或分离那滴水或那阵风。只要你没有盯着它看,那滴水和那阵风就像是海洋本身,或者空气的流动。它们会混入一个比自身大很多的实体之中,它们没有个体自我这个概念。
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