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第四部分 躍入量子世界 第2章如同海裡的魚

現在想像一下自己是一條魚,因為某種原因,你想去看看作為自己家園的海洋上面有些什麼。從海洋深處,你盡力加速,如魚雷一般向上衝去。你的目標是我們人類所稱的海面,而作為魚,大概是被稱為天花板的地方。

你游得很快,越來越快。水壓迫著你的鱗片。隨著你離液態世界的盡頭越近,周圍的光線也變得越發明亮起來。現在,你出水了。周圍已經沒有水將你包裹,你飛行在一種藍色的虛空之中(我們人類稱它為大氣)。你用力扇動魚鰭,但無法游向更高處。你並不像鳥一樣,確實,你還是更像魚一些,向上的旅程突然終止,沿著因地球的存在而帶來的時空曲線向下滑動,落回海中。

片刻之後,在你大海深處的家中,你與自己的魚類朋友討論自己剛才的經歷,那些朋友與你一樣對未知世界充滿好奇。你們很快就同意在上面——你們巨大水世界的屋頂之外——是不可能游動的。你們相信,海洋上面,是一片藍色虛空。

我們人類知道得更多。我們知道海洋之上是空氣,而且我們現在知道我們所謂的空氣遠遠不是虛空。沒有它,幾分鐘後我們就無法存活。

然而,我們中的大多數並沒有比海裡的魚聰明多少:我們不也認為在外太空裡,大氣層之外,我們珍貴的空氣上面,什麼都沒有了嗎?我們不也認為太空僅僅是黑暗的虛空?

如同你將在本書餘下部分所看到的,這種想法完全錯了。

外太空遠遠不是空的。

作為魚類,當你短暫地躍出海面時,你進入了另一個世界,一個主要由氣體與塵埃,而不是液體構成的世界。

現在,你將要進入的世界比你剛才見到的更廣泛。它被稱為「量子世界」,它是基本物質與光的世界。

與海洋不同(海洋由水構成,延伸到與空氣交界處為止),量子世界無處不在:在海洋裡,在陸地上,在構成我們的物質中,在光裡,在外太空裡,甚至在「虛空」的太空中。人類花了幾千年才走進它的國度。進入量子世界的大門深埋在微觀物質之中。因為空氣、引力和其他許多因素會讓整個圖景變得特別複雜,我們先暫時忽略它們。

忽略它們的最好方式莫過於把你送回外太空。

在你將冰箱貼從冰箱上取下再次檢查它的表面時,你沒看到它有任何可見的變化。還是黑色,依然光滑。但你能感覺到作用力,毫無疑問。真是奇怪。

你再次將臉頰貼緊冰箱,再做一遍實驗,你將注意力完全集中在冰箱貼與冰箱上,其餘的一切都從你身邊消失。地板、空氣、你那塊金子、牆壁、你的整個廚房與公寓,都不見了。你的家園不見了,就連地球、月亮和其他一切也都消失了。

你漂浮在太空裡,來到一個遵循著至今已知的所有大自然規律的意識世界。你的周圍沒有空氣,也不再有引力。真的,什麼都沒有,除了你自己、冰箱貼、冰箱,以及那讓冰箱貼與冰箱相互作用的不知什麼的東西。

到現在,你應該已經熟悉了這種情形,所以你不再為此驚異或擔心,而只關注自己手頭的實驗。

緊貼著冰箱的你的臉已經很冷了,冰箱貼還在你的手裡。你放開手,在這鬆手的一瞬間,你進入了一場新的探險:聽起來真是不可思議,你開始變小了!在你遊歷時空時,你變大了,以便理解巨大的宇宙尺度,接著你又以極限速度觀察世界,所以你高速移動。現在,你又將開始探索量子世界的旅程,所以你變小了。

變得很小。

你正變成自己的縮微版。一個只有幾個原子那麼高的自我縮微版。

到底有多小?

讓我們看看。

當你在閱讀本書時,書本或電子屏幕離你的眼睛大約有幾隻手掌那麼遠。在這個距離上,你的眼睛能分辨出的最小尺寸大約是一毫米的二十分之一,也就是人類頭髮直徑的三分之一。

現在,縮微版的你縮小後的尺寸是剛才你眼睛所能看到最小尺寸的十萬分之一。這大概是能看到你的冰箱貼與冰箱之間是不是真的有什麼事情發生的合適尺寸。

雖然縮小身體這件事總有些讓你心神不定,但你還是專注於觀察冰箱貼或冰箱之間是否有什麼東西伸出幽靈般的手把對方拉向自己。你轉動著自己微小的腦袋上下左右觀察著。

你什麼都沒有看到。

你知道自己的右邊是冰箱貼,而左耳後面就是冰箱,但以你現在的大小,它們離你太遠,你無法看清。

所以你耐心等待。

什麼都沒有發生。

什麼都沒有。

在漫長而孤獨的等待之後,你決定試試別的方法:與其觀看,或許用感覺能解決問題。就像你小時候通過想像自己擁有超能力來打發時間一樣。

你虛擬著做了幾下深呼吸,集中注意力,然後你閉起眼睛,如同一個在太空裡的微小瑜伽大師,比微塵還小,緊閉雙眼,伸開雙臂,就像你在電影裡看到的那樣。

一開始,你什麼都感覺不到。然後,感覺來了。

你感覺到自己就像海裡的魚,圍繞著你的一切似乎都包裹在某種……什麼東西呢?顯然,不是水……你睜開自己微小的雙眼,渴望找出是什麼構成了這片海洋。但那種感覺突然消失了,再一次,你的身邊什麼都沒有。這種感覺的確很奇怪,甚至有些令人害怕。但你不是膽小鬼,很快你就推斷出與我們宇宙中存在的許多東西一樣,你所感覺到的東西是真實的,雖然無法被我們的眼睛看到。

所以,你再次閉起雙眼,以瑜伽的方式進入這個量子世界。

「海洋」還在那裡,包裹著你。甚至還有……洋流?是的。開始於冰箱貼所在的地方,終止於冰箱。那裡有著循環流動著的作用力,直接穿過你的身體,你意識到自己現在所感覺到的就是讓冰箱貼與冰箱相互作用的東西,就是所謂的「電磁場」。在你閉起的微小眼睛之後,它就像一片由作用力構成的薄霧,包裹著一切,無處不在,在離冰箱貼和冰箱最近的地方最密集。波浪穿行其中,以光速前進,告訴你冰箱貼與冰箱正迅速接近,意味著早晚有一刻,它們將撞在一起,意味著……你睜開雙眼,一幅恐怖的景象出現在你眼前,讓你合不攏嘴:一片巨大的黑色冰箱貼正向你飛來,就要把你壓扁。

你後退一步,害怕得瑟瑟發抖。

你離冰箱貼的距離已經讓你能夠看到在其表面搖擺著的原子。甚至在它們邊上也有微小的激流流過。這些激流是什麼?電流嗎?還是磁流?或者兩者都是?對此你毫無頭緒,不過可以確定的是……等等!那是什麼?

一些事情發生了。

你親眼目睹。

不是從冰箱貼伸往冰箱方向的手臂,而是某種光。到底是真實的還是虛擬的,你分辨不出,但顯然,有光。不知它們從哪裡出現,但就在你微小的眼睛前面,似乎在冰箱貼表面之上。或者是裡面?你轉頭看向它飛去的地方,那扇冰箱門,它體積巨大,也正向你迎面而來……

你屏住自己微弱的呼吸。

你馬上就會被壓得粉身碎骨。

越來越多奇怪的光珠從片刻前還看起來隔開了冰箱貼與冰箱之間的虛空中出現,現在這片虛空顯然已不再是虛空了。你的身邊有光珠閃亮,它們在冰箱貼與冰箱之間來回交錯,就像有一大群微天使將兩件物體拉向彼此。

這場表演讓你著迷,雖然自己的縮微版身體正處於生命的最後時刻,但你仍在困惑這些光珠是自己想像出來的還是真實存在的……它們看上去的確不像真的,因為它們只存在一瞬間,而且不知來自何處,但它們顯然又對冰箱貼產生著非常真實的效應……是的,這些明亮的小東西攜帶著讓你的冰箱貼貼近你家冰箱的力量……

你閉起你微小的眼睛。

你就要被壓扁了。

但是,砰!

你回到自己的廚房中,茫然地盯著冰箱門,那塊冰箱貼剛好把自己貼上冰箱,發出輕微的金屬撞擊聲。

你抬手擦去額頭流下的冷汗,大口喘氣,略覺尷尬——雖然你獨自一人——覺得這只不過是自己的想像。

不過感覺上真的很逼真。

你剛才見證的正是一場超距反應,它並不是魔法,雖然我承認,這一切看上去的確很詭異。毋庸置疑,你看到的是那讓兩個磁性物體互相作用的神秘力量——電磁力,這種作用力由虛光子所攜帶,這種粒子非常獨特,它們的存在只有一個目的:攜帶電磁力。它們出現在你的冰箱貼與冰箱之間,看起來它們從虛空中產生,但實際上並非如此。你已發現在宇宙中任何兩個物體之間,不管它們是不是有磁性,都存在著某些東西,被稱為電磁場。那是一個相互作用的海洋,虛光子可以在任何一個時刻出現其中。

就在現在,當你盯著冰箱看的時候,無數這樣的虛擬光珠被冰箱貼與冰箱門交換,但你無法看見,也不再能夠看見。這就是為什麼它們被稱為虛擬的原因。它們從並非虛空的虛空裡出現,並在讓任何人有機會看到它們之前消失無蹤。

這樣的虛擬力量攜帶者一直圍繞在你身邊,就在現在,甚至在你身體之內。

它們都屬於電磁場,一片不可見的迷霧,充滿的不僅是冰箱與冰箱貼之間的空間,而是整個宇宙。

那些互相排斥的磁鐵又是怎麼回事?你肯定見過那些,不是嗎?

你馬上就要經歷的飛越原子之旅(幾章之後)會讓你知道,你剛見到的虛擬光珠對於構成我們及包圍我們的物質可以吸引、排斥,或者毫無作用。

一切都取決於相應的物質到底由什麼構成。事實上,它碰巧只取決於一種東西:一種被科學家們稱為「電磁荷」的東西。就像你可以用體重秤測量自己的質量一樣,你也可以用某種儀器測量自己的電荷。雖然整體來說,你的電荷量是零——人的身體是電磁中性的(否則冰箱貼就吸附在你身上了,那還是蠻討厭的)。但對於構成你身體的每一個具體粒子來說卻並非如此。

自然中只存在兩種電磁荷,方便起見,它們分別被稱為正的或負的,或者另一種說法:陽或陰。但你用任何別的名字稱呼它們也沒什麼不可以,真的。

規則是虛擬光珠排斥同種電荷,而將異種電荷拉到一起,正電荷與正電荷之間、負電荷與負電荷之間會被兩電荷間出現的虛擬光珠推開。電荷間距離越近,出現的虛擬光珠越多,排斥力就越大。而正電荷與負電荷之間卻喜歡待在一起,就像你的冰箱貼與冰箱一樣。同樣,電荷間距離越近,它們之間的吸引力就越大。中性物體不在乎這些虛擬光珠,它們能夠通過擁有完全相同數量的正電荷與負電荷實現中性(你的身體就是這樣),或者完全不帶任何電荷(某些你馬上會遇見的粒子就不帶任何電荷)。這些就是電磁場所遵循的規則。

現在,你或許會覺得這種關於冰箱貼與冰箱相互作用的解釋無法被我們的眼睛看到,這不過是一個有用的模型構建,卻未必真正對應於自然運作的真實機制。你或許會提出,電磁場只是科學家們用以描述帶有電荷的物體如何在磁鐵周圍運動的圖畫工具而已。一幅圖畫。一幅充滿智慧但卻是想像出來的圖畫。你對此毫無異議,但也僅僅是幅圖畫而已。

當然你可以這麼想,但未必代表這種想法正確。

你剛才所見識的場,這瀰漫在整個宇宙之中然而又在帶有電荷的物體周圍及其之間變得活躍的不可見的迷霧,遠遠不只是一幅圖畫。

首先,它非常真實。

事實上,它不僅規範著所有帶有電荷或磁荷物體的運動,還創造出宇宙中所有一切帶有電荷與磁荷的粒子,包括光。你很快就會見到的電子就是它的一個表現,你眼睛所探測到的光線是另一個,它們都是這個場中的漣漪。

今天地球上許多最出色的科學家們傾向於認為電磁場具有比磁鐵所展現出來的更本質的特性,當然也比冰箱更本質,甚至比光都更本質,當然也比你更本質。雖然最後一句話聽起來十分離譜。

在本部分結束之前,你將瞭解另兩個充滿整個宇宙的量子場。你將瞭解到對於現代科學來說,你和我,以及我們所知道或看見的所有物質以及閃耀在任何地方的光,都是這些場的表現,或者漣漪。我們,人類,的確就是海洋裡的魚。一個由場構成的海洋。其他所有東西也都同樣如此。雖然我們的祖先曾經一度生活在真正的海洋中,但他們仍然通過了億萬年的進化才認識到量子場的存在。