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第四部分 躍入量子世界 第1章金塊與磁鐵

你的阿姨已經離開了,你確實邀請過她多住幾天,哪怕只是為了有個人可以與你討論一下那個奇怪的相對論夢境,但是——出乎你的意料——她婉拒了你的邀請。仔細考慮後,她認為你一切都好,覺得自己已經盡了責任帶你回到家,因此她登上了第一班回悉尼的飛機走了,留下了她為了讓你開心而帶來的一整套水晶花瓶。現在她已經到了澳大利亞。你回到家,坐在沙發上,看著那些難看的花瓶,手上把玩著你為了紀念自己這次熱帶島嶼之行而在禮品店買的那個棕櫚樹形狀的小冰箱磁貼。

離你回去上班還有一個星期,你有七天時間來找到各種方式處理這些花瓶,但你還是猶豫不決。

你完成了對於現實世界秘密的探險了嗎?還是前面另有一層你尚未到達的秘境?

你無法直接回答這個問題,於是決定給自己弄一杯熱飲。

當你在廚房煮咖啡時,突然注意到牆上有一塊磚有一點點凸出。你好奇地試圖將它往外拉——它的確滑了出來。讓你驚訝的是它後面居然藏著一塊金子,可能是某位(粗心大意的)前房客所藏。它大概有你半個手掌那麼大,所以應該值點錢的。你以前怎麼就從來沒有注意到這塊磚呢?真是個謎。但不管怎麼說,沒有什麼能比在自家廚房找到金子更幸運的事了,所以你也沒再多想。給自己倒了杯咖啡,帶著調皮的笑容看著自己的飛來橫財。

你曾經穿過整個宇宙,那是大尺度的世界。

你也曾快速旅行,到達了你可能到達的最高速度。

但你對於非常小的世界沒有任何瞭解:物體到底是由什麼構成的呢?黃金是由小金塊構成的嗎?

為什麼你周圍的物體如此千差萬別?為什麼黃金與奶酪之間如此不同?為什麼我們不像水一樣在室溫下變成液體?

面帶微笑,你覺得科學對你的吸引力大過金錢,於是把手裡的金塊一切為二,想看看金塊裡面到底是什麼。

與一些(但不是所有的)奶酪不同,金塊的內部有著與外面一樣的顏色、一樣不帶氣味,反正與外表面完全相同。你又把其中的一塊再一切為二,再切,再切,對著越來越小的金塊仔細觀察,拚命地想找出有沒有什麼變化。

它看上去一直是金子。

或許有些人認為這種切割能夠永遠繼續下去,但事實並非如此。大概在二十六或二十七次一分為二後,你得到的是最微小的黃金了:你再把它一切二,得到的就不是黃金了。

這個黃金的最小量,作為黃金的最微小單位,就是科學家們所稱的金原子。

請注意,雖然看上去將某樣東西連著二十六次一切為二沒什麼大不了的,但其實不然。你會發現在自己家裡很難完成這個任務。給你個具體例子吧,如果你試圖以另一種方式來做這個實驗,例如,把這本書撕下一頁來,對折二十六次,你得到的將是高達十四公里的紙堆。或者說,你需要比珠穆朗瑪峰還要高50%的金條,在二十六次對半分割之後,變成本書一頁這麼厚的薄片。

只有如今最先進的技術才能看到單個的金原子。

那麼鉛、銀或碳呢?

除了黃金之外,任何其他你能找到的純物質都會引導你得出同樣的結論:

不停地將一塊能被你握住的材料一分為二,大概二十六次——前後相差一到兩次——之後,你就會得到該材料的一個原子,不能再分了,不然就會變成不再是你一開始得到的那種物質了。換一個東西來說,奶酪不是純的物質,但它依然由原子構成,那些原子聚在了一起。我們所知道的宇宙中的一切物質都是由原子構成的。

那麼,原子又是由什麼構成的呢?

你現在還回答不了,不過你猜想它們應該由更小的要素構成,而且這些更小的要素對於宇宙中所有的原子構成來說都是一樣的。很快你就會進入它們的世界旅行,但我會告訴你因為這些不同原子含有不同數量的小要素,因而由這些原子構成的純物質才會具有不同的特性或——如所有人都知道的——價值。如果你說既然它們都由差不多結構的原子構成,就想以一公斤水銀(大概值二十三英鎊)換取一公斤黃金(大概值二萬六千英鎊)或鈽(大概值二百六十萬英鎊,與市場有關),任何交易員都會懷疑你是否神志清醒。

那麼這些原子到底是什麼?是什麼使得由它們構成的宏觀物體具有如此不同的特性和形狀?既然所有一切都是由相同的東西構成的,為什麼你可以用刀切開黃油,卻不能切開純鑽石?

你的大腦快被這些問題壓得爆炸了,你決定不再理會這些,伸手去取你要加入咖啡的牛奶。

當你接近冰箱時,無意識地抓起你買來的冰箱貼,讓它吸到冰箱上,它脫離你的手指,一下子吸附在冰箱的金屬門上,你愣住了。

在這之前,這種現象,不管是對冰箱貼還是磁鐵,你一直熟視無睹。

但現在一切都已改變。

磁鐵是怎麼做到這一點的?

是冰箱知道冰箱貼正在接近?還是冰箱貼知道冰箱就在那裡?或者兩者都是?或者這完全就是魔法?

至少你從來沒有見過冰箱貼與冰箱之間交換過任何東西。兩者都沒有伸出什麼魔手抓住對方將自己拉往對方表面。

或許是你看得不夠仔細。

你把冰箱貼從冰箱上取下觀察它的表面,那個製作粗糙的棕櫚樹背面。反正不管你怎麼看,那個黑色的表面是平的。

你把它緊緊地固定在自己的拇指與食指之間,慢慢地將冰箱貼再次靠近冰箱門,臉緊貼在冰箱門上,專心致志地盯著冰箱貼與冰箱門之間的空氣。

兩者之間只有幾厘米。

你感覺到什麼東西。

一種力量。

一股吸引力將冰箱貼拉向冰箱。或者是把冰箱拉向冰箱貼。或者兩者都有。很難區分。

但空氣中什麼都沒有。肯定如此。你看不到任何蛛絲馬跡可以暗示它們如何能夠知道彼此的存在。

現在冰箱貼離冰箱已經不到半厘米了,吸引的拉力越來越強。

你要保持冰箱貼不被吸走都有些困難。

你依然沒有看到什麼東西。

你放開手。冰箱貼從你的手指上跳上冰箱門,靜靜地吸在上面,在你疑惑的目光中快樂地固定在門上。

這種奇怪的吸引讓人們迷惑了幾百年。是不是很詭異?冰箱貼會跳過去。在它與冰箱接觸之前什麼都沒有發生,然而卻存在一種力。我們的祖先在看到磁鐵時也是這麼想的,雖然那時他們沒有冰箱。他們開始談論這種在一定距離之外就有的詭異作用(超距作用),用它來描述讓磁鐵發揮作用的不可見的東西。

它有點像引力,真的。

沒有人能看到引力。

當牛頓提出他那絕妙的公式描述整個宇宙裡的物體如何互相吸引時,他對自己所描述的引力是由什麼所引起的毫無瞭解。大約一個世紀前,愛因斯坦發現了引力的本質。他告訴我們,引力不是一種力,而是一種墜落。沿著時空曲線發生的墜落。

那麼磁鐵是不是也如此?磁鐵是不是也在時空裡產生了陡峭的曲線?

不是的。不可能。如果是這樣,所有東西(木頭、我們、啤酒,任何東西)都會掉落其上,而不只是釘子、鐵屑和其他潛在磁體。你從來沒有覺得自己的手指被磁鐵吸引。不對,一定有些其他東西沒被找到。結果,那些東西的確被找到了。大概在八十年之前。它與我們所稱的「場」相關,嚴格地說,是量子場。現在你已經知道了原子和磁鐵的存在,你就能看到量子場有多麼奇妙。

  1. 你會在下兩個章節中看到這些技術之一。​​​​​