波动派说:“别嚷了好吗？咱们用事实说话。”微粒派:“好！我会给你们事实的。咱们骑驴看唱本，走着瞧！”骑墙派:“我还是认为电子就是波，毕竟人家波动派有根有据！”观望派:“瞎说什么呀？电子是粒子还是波，现在就想做结论，早了点！在等等吧。”20、电子幽灵(2)话说，在关于电子的波粒之争前，也曾有一场旷日持久的，规模浩大的争论。这场争论在科学界，哲学界持续了三百年。可谓前无古人，后无来者。这就是:光是粒子还是波的争论！就在光的波粒之争还没有分出胜负的时候，关于电子的波粒之争又窜出来添乱！这真是火上浇油，雪上加霜。搞得物理界一片混乱，无头无绪，前途茫然。朝前看，路漫漫，向后看，云深不知归路。难怪量子力学的奠基人之一泡利，曾经暴跳如雷，并准备放弃物理学，他不怀好气地说:“物理学出了大问题！”并叫嚷道:“对我来说什么都太难了，我宁愿自己是一个电影喜剧演员(他是卓别林的fans），从来也没听说物理是个什么东西。”当然，泡利坚持了下来，并取得了成功。这应证了那句话:“成功属于再坚持一下的人！”相对于光的波粒之争，电子的波粒之争与我们的关系要大得多。因为电子是组成地球上所有一切(包括我们自己)的基本粒子之一。如果电子是波，那我们本身是不是一种波？万物是不是一种波？天各一方的双胞胎存在心灵感应是不是就是一种波的传递？目前，这真的是一个悬而未决的谜。日本的江本胜博士写过一本书，叫《水知道答案》，据说是一本畅销书。他在零下5度的温度下，用高速摄影拍摄水的结晶，结果发现，各地的水结晶都不同，更神奇的是，完全相同的两杯水，在一个杯子上贴上“感谢”“爱”“笑”等字样，在另一个杯子上贴上“混蛋”“去死”等字样。结果，前者的结晶美丽无比，而后者的结晶则丑陋不堪(呵呵，看来微笑使人变美是有科学根据的。或者，远离脏话连篇的人也是一种洁身自好) 。对此，江本胜博士倾向于用量子力学来解释，他说，世间万物都是电子围绕原子核的波动，水能对人眼看不见的波动作出反应。对江博士的这种观点，我们只能说:仅供参考！要像《量子力学史话》之作者说的那样，我们应对这种事抱有这样一个原则:对于特别异乎寻常的声明，需要有特别坚强的证据来支持！打个比方:我曾听人说，零晨12点的时候照镜子能看见鬼！行，那我们就做一次试验，如果真看见了。好，假若你还没有被吓死，就喝半瓶二锅头壮壮胆，再做一次试验，当你再次看见的时候，用手机把他拍下来，或者用一麻绳把他绑起来，扭到公安局，经鉴定:哦，这就是鬼无疑！那么，我们才能相信那句话。否则，一切都是扯谈！而对于一些神奇的事，我们不能自己做试验，但只要是很多科学家多次验证过的，不管他有多离奇！我们都要相信，因为你若不相信科学家，这个世界就再也没有你可相信的人了！言归正传，当德布罗意用数学证明电子是一种波的时候，电子的波粒之争正式开始。关于电子的波动派和微粒派从此登上了历史舞台！虽然波动派先发制人，并首战告捷，但他们并没有兴高彩烈，而是忐忑不安，因为电子是波并不是他们最初的想法，只是用数学公式折腾出来了，他们也没办法！毕竟，数学是上帝的语言！信什么也别信有鬼，怀疑什么也别怀疑数学！相对于波动派，微粒派阵容庞大，实力强劲。他们对波动派只有一句话:“走着瞧吧！懒得跟你们辩论。”果然，微粒派动用了他们的有力武器--威尔逊云室，进行了反击。威尔逊云室是英国科学家威尔逊在1911年发明的仪器(他曾因为发明此仪器而获得诺贝尔奖)，水蒸气在尘埃或者离子通过的时候，水蒸气会以他们为中心凝结成一串水珠，于是粒子通过的时候便会留下痕迹。结果，令微粒派兴奋的是，电子在威尔逊云室的表现就是经典粒子的表现。微粒派质问波动派:“这，你们如何解释？”不光如此，证明电子是粒子的现象还有，电子打在电视屏幕上会有一亮点，也就是雪花点。微粒派又质问:“这，你们又如何解释？”说到威尔逊云室，请恕我再扯一下云和雾的形成过程。我们都知道，水蒸气，应该叫水蒸气分子，也可以叫气状水分子，他们是无色透明的，我们根本不可能用肉眼看见。只有大量的水分子聚集成微小水珠时，我们才能看见。大量的气状水分子叫水蒸气，而大量的细小水珠才是水蒸汽。要想产生一个细小水珠，得有一个核心，所以人工降雨就是在空中播撒大量的盐粉，干冰和典化银等粉尘和催化剂。因此大雾天要少出门，因为每一粒细小雾珠的中心都有一尘埃，吸多了当然不好，要不当年的伦敦大雾也不会死那么多人。…………对于波动派，还有一个让他们更为胆寒的重量级敌手，那就是注定要名扬世界的海森堡。此人为了研究神秘的电子，竟然自个儿发明了一种数学，并以电子是粒子为出发点，用这种数学把电子的运动模型搞了出来，令人惊讶的是，海森堡的做法跟实验数据符合得很好。顺便说一下，海森堡自个儿折腾出来的那种数学名叫矩阵，不过矩阵早在1858年就被剑桥一数学家所发明。但是海森堡之前对这种数学闻所未闻，也就是说，海森堡又重新创造了一遍，这证明了海森堡的创造力是一流的。因为海森堡的矩阵力学是基于电子是粒子为出发点而获得成功的，所以电子肯定就是粒子了。对此，微粒派又质问波动派:“这，你们又如何解释？呵，呵呵，呵呵呵……”波动派:“别笑得那么厉害，别笑得那么猖狂，小心你们的大牙！哼！谁能笑到最后还说不定呢！咱们骑牛看剧本，走着瞧！”骑墙派:“说实话，电子是个粒子的可能性要大一些。电子是波？这可太玄幻了。波是个啥玩意儿，呵，虚无飘渺。”观望派:“我也说实话，我最鄙视你们这些摇摆不定的骑墙派，简直就是一帮只会赶潮流跟风的乌合之众。我们的观点是:急什么，在看看吧。”八戒:“老师，我个人认为，双向交流在这几天的课上，落实的不是很好。这到底是怎么回事？”哦，呵呵，因为这几天的课涉及到那么一点点量子力学，而这些知识甚至在一些大学都没开设。不是我看低你们，而是你们的…水平，也就……小学文化程度，所以谈不上什么双向交流。再说，量子物理是一门让人无可奈何的学问，很多科学家谈到他时总是谨小慎微又忐忑不安，更何况为师这个门外汉呢，所以难免严肃了点，课堂活泼性不是很好。不过，以后我会落实好的。八戒:“呵，呵呵，我还以为你把我们四个忘了呢。哼，哼哼，搞了半天，原来是因为我们水平太低，无法沟通的缘故啊！嘿嘿，我们要是博士，还会来找你吗？真逗！”你……………你……………唉……………这头猪模猪样的猪。八戒:“抗议！！我是人模猪样的人！”悟空:“呸…别废话了，反正你就是跟猪脱不了干系。”八戒:“你……你……你是猴模猴样的猴！再怎么扯也跟人扯不上关系！哼！”啪！啪啪……啪啪啪……………怎回事怎回事？没(mo)人管了是不是……21、电子幽灵(3)“咦？哦，对不起，我走错教室了。”(假装往外走)唐僧蹿起:“寒老师寒老师，你没走错！”噢，是吗？可教室里怎么多了两个阿拉伯人，却没了悟空和八戒？沙僧:“寒老师你真近视呀！难道您就没看出来，头上缠着老多布条的这两位阿拉伯人就是---头部受到严重伤害的悟空和八戒？”哦……哦……哦----想起来了，上节课他俩打架了。唉……叫我说你俩什么好啊！算了，臭骂你们有损我内心的清纯和那一份宁静，我就给你俩讲评讲评吧！上节课悟空以大欺小，是不对的。不过你也得到了教训。我希望你永远记住这个教训:力虽大，好战必亡！而八戒要吸取的教训是:病从口入，祸从口出！说话要经过大脑，不要信口雌黄。不过，你也有做对的地方，那就是敢于和比你强大的人斗争。这算得上英雄的行为。但是我有点纳闷，我纳闷的不是你头上缠着的布条，而是悟空头上的布条，请问这点你是怎么做到的？八戒:“哼！打不过，我还咬不过吗？啃的！”哦，原来是另一种九齿钉钯！难怪他防不胜防。嗯，好，咱们继续讲课。天气有点热，希望戴着头巾的两位同志能坚持住。上节课讲到，微粒派取得了节节胜利，并喜形于色，可谓牛气冲天，不可一世。不过，波动派没有气馁，而是潜心研究。终于，在物理界这个乱世，英雄不可避免地诞生了，他就是大名鼎鼎的，来自瑞士苏黎世大学的薛定谔。薛定谔沿着打出波动派第一枪的德布罗意开恳出来的道路，在仔细研究德布罗意的思想后，终于拨云见日------“薛定谔波动方程”横空出世。这个方程可与爱因斯坦的质能方程相媲美。难怪它一出世，科学家们都惊为尤物。爱因斯坦对薛定谔说:“您的想法源于真正的天才。” 埃伦费斯特说:“我为您的理论和其带来的全新观念所着迷。在过去的两个礼拜里，我们的小组每天都要在黑板前花上几个小时，试图从一切角度去理解它。”人们的赞美之辞完全没有水份，因为薛定谔方程通俗易懂，简洁明了，最最重要的是，用方程求出的解跟实验数据完全符合。电子是神秘莫测，但它逃不出薛定谔波动方程的手掌心。就像太阳系的八大行星必须要遵守牛顿力学的三大纪律八项注意一样！“不要搞得那么复杂！”薛定谔说，“只要把电子看成一种波而不是实在的粒子，然后用我的波动方程去求解，轻轻松松就搞定!”薛定谔说的没错，那些学物理的大学生们终于可以松了一口气:啊！终于不用去学海森堡那连他自己都差点搞不懂的矩阵力学了。并且泡利和约尔当还分别证明，矩振力学和波动力学是等价的，两者可以互推。所以教科书上一些用矩阵力学写就的教材，现在被改写成了波动力学的形式。这让海森堡大为恼火。他在写给泡利的信中说:“我越是思考薛定谔理论的物理意义，就越感到厌恶……”(呵呵，情有可原，可以理解。)虽然海森堡和薛定谔的理论被证明是等价的，但物理界没有因此而获得统一，从而天下太平。恰恰相反，波粒之争大大升级，一时狼烟四起，已到了针峰相对的地步。因为他们一个是从实在的粒子出发，一个是从看不见摸不着的波出发，虽然他们的终点一样，但他们的信仰并不一样。就像两个哲学家，一个从“人之初，性本善”出发，推出一道德规律A ; 另一个哲学家从“人之初，性本恶”出发，也成功地推出了道德规律A。显然，这两个哲学家是不会和解的。由于薛定谔的波动方程，波动派来了个绝地大反击！波粒之争再次扑朔迷离，电子就是那水中的月，雾中的花，她到底是什么？我们现在也说不清了。对于那时的人们，他们只能说:“嗯，可能是粒子，也可能是波。惟一能肯定的是，她不可能既是粒子又是波，因为这不合逻辑，也超出了我们的想像。说一个人既是男人又是女人，我可以想像;说一个人是活人也是死人，我也勉强可以想像。但是，你说一个人有一定的体积又完全没有体积，有一定的质量又完全没有质量，能看见(粒子)又完全看不见(波)，请问，你能想像吗？”骑墙派:“搞啥子东西嘛！我本来已经在粒子派的阵营扎稳了脚跟，现在又不得不爬上墙！算啦，我也懒得下墙喽，就在这墙上睡一觉，我真的累了！”观望派:“咳！你还真做对了一件事，早这样不就得了？看我，多~~爽！让他们咬吧，闹吧，闹出结果了再说。”粒子派:“波波们，难道你们没听见，旁观者们那刺耳的议论声？我们可没有你们那麻木不仁的驼鸟功夫。”波动派:“想怎么的？”粒子派:“就两个字，决战！”波动派:“就等着你这句话，有你没我！有我没你！挑个时间和地点吧，是单挑还是？”粒子派:“……………”八戒:“咦？粒子派怎么说不出话了？他们怕了吧？呵呵。”怎么会呢！粒子派说的是悄悄话，悄悄话得悄悄说，他们怕狗仔队听到，把杀气冲天的决战场变成了闹轰轰的记者招待会。22、电子幽灵(4)八戒，我怎么觉得，你今天的目光那么呆滞啊！怎么了？上次跟悟空打架，被他弄成了脑振荡？ 还是……八戒: “ 哪里呀，求求你不要瞎说好不好！搞得我那么不禁揍。我只是觉得您的课越来越让我迷糊了。是因为你以前说过，要讲一些小学生都听得懂的小科普，我们才来报你这个班的，可现在，你似乎违背了你的诺言。”唐僧:“哦？是吗，我怎么没有这感觉，我认为寒老师讲的课再通俗不过了。唉，也许这就是人脑筋和猪脑筋的区别吧！咳咳！”呵呵，呵呵，在课堂上，如果学生认真听也依然没听懂老师的课，那学生首先应该怀疑的,不是自己的智商，而是老师的授课能力。所以，对于八戒提出的问题，我负有首要责任。不过，著名的量子力学奠基人之一波尔，说过一句比他还著名的，被人多次引用的话:“如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。” 所以，八戒困惑得非常是时候嘛，我不得不对你说: “ 八戒，你真聪明！你的悟性比某些自吹自擂的人要高得多！”唐僧:“寒老师你…你--你怎么这样啊？……我真的会被你弄哭的--”咳咳，我们继续讲课。今天我们学一个现象----干涉现象。这是所有中学生必须要学的现象之一。众所周知，在湖里扔一块石头，就会形成一个向四周扩散开去的波。那么，如果我们在相距10米远的两地方同时各扔下一块石头，形成两个相同的波，那么，当这两个扩散中的波在中间相遇时会发生什么现象呢？唐僧:“很简单，这两个波会你撞我我挤你，在中间相持不下。我就不信，这次我还说错了！”早就告诉你们，要三思而后语，直觉常常会欺骗我们，很不幸，小唐同学又一次答错了。实际上，两个波将会互不影响地对穿而过。只是，波都有波峰和波谷，当两个波的波峰叠加在一起的时候，波峰被抬高一倍，波谷叠加在一起时，波谷变得更深一倍，而当波峰和波谷叠加时，就相互抵消,波就消失。这种波的叠加就是干涉现象。只要是波，就能产生干涉现象。悟空 : “ 老师，我以为我记性差，没想到你的比我的更差！上节课你不是讲到波粒大决战吗？怎么今天又扯到干涉了？I 服了YOU ！”大家要记住，猴急真的是猴子的本性。好吧，那我们这就去吧，也许他们的战场已经布置完毕。……………………地点:某教堂布局:台上有两排相对的桌椅，一边坐着波动派，一边坐着粒子派。台下有上百个椅子，不过只坐着一个人，那就是爱因斯坦，他是唯一的观众，也是心照不宣的裁判。气氛:阴沉且浓烈八戒:“咦？波粒两派怎么没带武器呢？他们是在搞和平谈判吧？”唐僧:“啪！(八戒头上挨了一下)你以为决战就是拿刀砍啊？你真是俗不可耐，俗得不可救药！”沙僧:“吵什么吵什么？你俩还小啊？波粒之战已经开始，注意听！”…………波动派 : 咳咳，微粒派的同志们，电子的双缝干涉不会没听过吧？微粒派:呵！你真以为我们是科盲啊！电子的双缝干涉就是大量的电子在通过两条缝时，在双缝的后面形成明暗相间的干涉条纹。波动派:“回答正确，真聪明！电子始终是波，所以当电子通过左边的狭缝后依然是波，通过右边的狭缝后依然也是波，这两个波形成干涉，才有哪明暗相间的条纹啊！两个波的波峰叠加就是明，波谷叠加就是暗。假如电子不是一种波动，何来干涉条纹？微粒派:“呵呵，刚才说的是大量电子的现象，假如只有一个电子呢？一个电子面对前面的两条缝，他将怎样行动呢？无疑，电子只能通过左边那条缝或右边那条缝，并在后面形成一亮点。所以电子就是粒子！波动派:“一点都不对，一个电子不是通过左边那条缝，也不是右边那条缝，而是同时通过了两条缝！粒子派:“我听着电子怎么像个幽灵啊？一粒电子能同时通过两条缝，那一个人会不会同时通过两道门？还有，两缝之间的距离虽然很小，但相对于电子来说，可能就是华盛顿和北京的距离了。波动派:人不会同时通过两道门，但电子会，因为电子是一种波。粒子派:“好，就按你说的，电子是一个弥漫开去的波，当这种波同时通过了两条缝后，又怎么在后面的屏幕上打出一亮点？若电子不是粒子，他怎么会打出一亮点？没有亮点，你怎么能看见明暗条纹？波动派:“这…这…这是出于我们不完全了解的原理。这种原理我们暂时就叫它坍缩--弥漫开的波突然缩成一个点，并在屏幕上激发出一亮点！粒子派:“一句“不完全了解的原理”就行了？呵呵…呵呵呵…………………………八戒:“寒老师，什么是双缝干涉？没见过呀！”沙僧:“寒老师，什么又是坍缩？这可太抽象了！…………爱因斯坦扭过头 : “谁在说话呢？”…………八戒:“他是谁？发型怎那么酷？”他就是爱因斯坦啊！猪！八戒:“据说他很有名？”嘿嘿，如果地球还没有爆炸，并且还有人居住，人们就不会忘记他。八戒:“那如果地球人都移民到其它星球呢？”就算这样，人们也不会忘记他。咦，你这猪似乎在跟我抬扛啊？…………爱因斯坦:“你们快爬出来！我虽看不见你们，但我听到你们嘀咕了！”…………没办法，我们五个从椅子底下陆陆续续地爬了出来。爱因斯坦:“你们干啥来了？”是这样的，为了培养学生们对物理的浓厚兴趣，我带他们感受现场来了！爱因斯坦:“你的学生们看上去都老大不小了，他们是在读研还是在读博？”实际上，他们只有小学六年级水平。爱因斯坦:“吓………死我啦！”怎么了？爱因斯坦:“听我的，如果你们在这儿再待下去，恐怕只会抹杀你们对物理的兴趣。回去吧，好好学习，天天向上，当你们再次来领略物理的时候，你们会感到更加的惊心动魄 。”……………爱因斯坦说的对。我们不能操之过急，毕竟，馒头要一口一口的吃，坑要一个一个地刨。虽然八戒们不能再去观看波粒大战了，但我答应他们，会给他们讲述有关量子的种种神奇效应。走出波粒大战现场后，我左手牵着八戒，右手拉着悟空，吆喝着沙唐二僧，蹦蹦跳跳，欢天喜地地，又回来了……………23、神秘莫测的量子论(1)1900年，普朗克提出了量子的概念，仔细算来，量子论已过了她的百岁寿辰。20世纪初，科学家们试图去描绘原子和原子的成分时，遇到了前所未有的困难，然而，恰恰正是在这种前所未有的困难的千锤百练下，一种前所未有的理论诞生了，他就是神秘莫测的量子论。说到量子论,我们首先要明确一下什么是量子。量子是普朗克提出来的，他说热的物体发出的热(也就是能量)不是连续不断的，而是一小份一小份能量子的集合。比如像电灯泡发出的光,表面看去，光是连续不断的，但实际上不是这样，而是分成一份一份的,而每一小份就是一个光量子，简称光子。量子在拉丁文里是“分立部分”的意思。所以量子的概念就是，把一个整体的连续的能量看成是无数量子的集合。有人说，如果要评选出20世纪影响人类社会最为深刻的事件，那么可以毫不犹豫地说，这既不是两次世界大战，也不是共产主义的兴与衰和联合国的成立。而是量子力学的创立和发展！比较相对论和量子论谁更伟大没有意义，但从实用性来说，相对论是比不过量子论的。从激光，手机，电脑，卫星，航天，核能，生物技术，宇宙探索等等，无一不依赖量子论。量子力学迫使物理学家们改造他们关于实在的观念；迫使他们重新审视事物最深层次的本性；迫使他们修正位置和速度的概念以及原因和结果的定义。世界著名科学杂志《science》的一篇文章上说，没有量子力学甚至就没有全球经济可言，因为作为量子力学产物的电子学革命将我们带入了计算机时代。同时，光子学的革命也将我们带入信息时代。虽然量子论在社会的各角落取得了巨大的成就，但滑稽的是，科学家们对量子论的解释却还没有统一起来。对量子论的解释至少存在五种，这五种解释不知道哪一种才是对的，显然，只有一种是对的，也许，都不对。打个不恰当不贴切的比喻，就像一群猴子围着一台电脑，渐渐地，猴子们发现，电脑能做的事太多了，听歌看电影，上网，玩游戏，似乎无所不能。但电脑的原理是什么？猴子们始终争论不休，有的猴子提出这种解释，有的猴子又提出哪种解释，不管提出多少种解释，有一点是肯定的，那就是不知道哪一种才是正确的！就像现在的超女评选，我们真的不能肯定，哪位超女才是最好的，惟一知道的是，哪位超女的人气最旺！然而最旺的就一定是最好的吗？呵呵，也许你跟我有同一种看法:大不一定！在一次会议上，波尔谈到量子论时说，问题不是它是否荒唐，而是它是否足够荒唐！而有一个科学家则说:“我做实验的唯一目的，就是为了给别的物理学家看看，量子论究竟有多奇怪。”既然量子论如此神奇，那就让我们去见识见识她的一些神奇之处吧！24、 神秘莫测的量子论(2)量子论的神奇体现在她的一些基本原理上，而“互补原理”就是其中之一。前面我们已略微讲到，关于电子到底是个实在的粒子，还是看不见摸不着的波，双方进行了一次又一次，一年又一年的大辩论。而参与这些辩论的都是一些世界级的大科学家。电子是粒子还是波？怎么看，电子都像个粒子；怎么看，电子又都像个波！这可如何是好？物理界不能老这么争下去，这种争论可能是无休无止的，没有尽头的。就像“光”是粒子还是波，就争论了三百年，难道对于电子，我们还去争论个三百年吗？再也不要这样了，我们的时间和精力都是宝贵而有限的。要统一！一定要统一！波尔这样想到。1927年，“互补原理”在波尔的日思夜想下终于成型。他把纠缠在一起的波粒两派用力扯开，对他们说:“嗳，兄弟们，这样有意义吗？看你们，一个个面红耳赤。听我的，再也不要争了。因为电子既是个粒子，也是个波！”波粒两派一听，气得同声大叫:“你--走开~~(杰论语)”委屈的波尔被凉在了一边，抽闷烟去了。电子既是粒子又是波？什么奇谈怪论？要调解也不能这样啊！公婆打架，也许你这样调解是可以的:“嗳！我说公公呀，你说的完全正确，我非常非常之赞同。但是呢，你看，啊，婆婆说的也一点没错呀！我认为婆婆说的也极有道理！那到底谁错了呢？很清楚，……都没错！你看，啊，这个…嗯…哪个……总之一句话，你们都没错！”要想把正在吵架的人劝开，这真的是个好方法。但是，波尔这位兄弟，你要搞清楚，我们说的是科学啊！科学能模棱两可吗？要是可以，那她还叫科学吗？一加一既等于二，也等于八！行吗？就算是糊弄小孩子，这也过不了关啊！但是，等等，你听，量子力学的奠基人之一，诺贝尔奖获得者波尔开始清嗓子了:“咳咳！咳咳！不好意思，最近雪茄抽的比较多。我说电子是粒子又是波。诸位有何异议？”波动派首先跳出来:“不可能，绝对不可能。电子要么是波，要么是粒子。在你大脑里，这种波粒混合体你能想像出来吗？呵呵，根本就无法在大脑里形成图像嘛！”波尔:“为什么电子就不能既是个粒子，又是个波呢？双缝干涉无可辩驳地证明，电子是个波！光电效应，还有电子打在一屏幕上形成亮点又无可辩驳地证明，电子是粒子。我们要相信实验而不是自己那有限的思维！你说你无法想像电子的这种波粒两面性，我告诉你，在量子论里，千万不要用“形象”这个词，你最好也别去想像，原子是什么形态，电子又是个什么样子！波和粒子在同一时刻是互相排斥的，但在一个更高的层次上，它们却统一在一起，作为电子的两面被纳入一个整体概念中，这就是我独创的“互补原理”，希望你们好好学习并加予领会。”粒子派:“波尔兄弟，你的互补原理是对科学的一种牵强附会！你惧怕争论，你妥协了！每一样东西只有一个本来面目，怎么会有两个面目呢？假如有一只火红的狐狸躺在我们面前，我说它是一只红色的狐狸，而你却说，它同时是一只蓝色的狐狸。行吗？”波尔:“行！假如我们当中有一个人是色盲，红色在他眼里肯定不是红色，肯定是其它什么颜色，就假设是蓝色吧，所以狐狸既是红色又是蓝色的，关键是我们用什么方式去看。”八戒:“打住打住，连我老猪都听不下去了，什么东东！色盲是属于不正常的范围！”噢，是吗？假若地球上百分之九十的人都是色盲，那剩下的百分之十还算正常吗？显然，他们的角色将颠倒(少数服从多数，不服行吗？)。就像一个西方故事说的那样，一个国家，除了国王，所有人都是疯子。那么，可以想像，所有的疯子将会成立一个“不正常人研究中心”，把国王送进去，进行研究治疗。因为在疯子们的眼里，正常的国王才是真正的疯子。”唐僧:“紧急插一句！我说呀，咱们的辩论有越来越水(网络用语)的趋势。红色的狐狸只可能是红色的狐狸，红色是它的本来颜色。像老师说的，狐狸既是红色，又是蓝色，那我倒要问，狐狸到底是什么颜色？拜托各位别玩文字游戏，那真是晕！”小唐同学错了，咱们的辩论一点都不水！恰恰相反，我们的辩论越来越逼近真正的哲学！当年，那些大科学家也是这么辩论来着。刚才，唐同学问，狐狸本来是什么颜色？显然，这种问题是没有意义的，除非我们先规定一个观察方式。如果你说用正常人的方式，那我就告诉你，狐狸是红色;如果是用色盲的方式，那我就会告诉你，狐狸不是红色，而是蓝色。也许我用色盲举例子，在你们看来有点狡辩的味道。那我们就换一个，大家都知道，蜻蜓是复眼，在蜻蜓的眼里，狐狸肯定不是红色，也许是紫色，咱们就当是紫色吧。现在我问，狐狸到底是什么颜色？或者狐狸本来是什么颜色？蜻蜓说:“还用问吗？紫色！”八戒说:“胡扯！狐狸是红色！”蜻蜓说:“你这猪才胡扯！”八戒说:“看我不钯死你！”蜻蜓说:“来呀，追我呀，爷会飞！”………………25、 神秘莫测的量子论(3)显然，八戒和蜻蜓的争论是没有意义的。八戒错了吗？没错！蜻蜓错了吗？也没错！错的是我提问的方式！我问狐狸到底是什么颜色是没有多少意义的。除非我先定义一个观察方式。比如，用猪的方式，狐狸什么颜色？用蜻蜓的方式，狐狸又是什么颜色？沙僧:“晕了晕了真晕了，我现在都不知道狐狸到底是什么颜色了！”给自己一个左耳光，再给自己一个右耳光就不晕了。这个方法真的很管用，不信你就试试。“是吗？”啪--啪--“哎！真的嘞！很管用！八戒你也试试？”八戒:“嘿嘿，俺又不是真正的猪，哪会有你那么笨呀！”行啦，二哥不要说三哥，两个都差不多！咱们继续讲课！我们说，电子既是粒子又是波，它具有波粒二象性。它到底是什么，取决于我们用什么方式去观察它，如果我给电子一个双缝(一种观察方式)，电子就会形成干涉，电子在我们的眼里就是波！如果我给电子一个屏幕(另一种观察方式)，电子就作为一个粒子，在屏幕上打出一亮点。八戒:“还是文字游戏！我们说的不是用哪种观察方式。而是问，电子到底是什么东西？”又来了！电子是个什么东西？这种问题是没意义的！再说一遍，是无意义的！自从量子力学兴起后，大大地改变了人们的思维方式，现在的科学家都是这样一个观点:谈论任何一个物理量都是没有意义的，除非你先说出，你测量这个物理量的方式！就像我说，两横一竖“士”是什么字？你说是“士”字，我说不对，是“干”字，怪你抢答太早，我还没说是从哪头看呢;我说“W”是什么字母？你吸取了教训，说是“M”。又错了，我又没说要倒着看，所以是“W”。正所谓，横看成岭侧成峰！是峰还是岭，得看你从什么角度去看。粒子还是波？得看你用什么方式去观测！电子本来是什么？这句话不仅无意义，而且有问题！世界上没有什么“本来”，所有的属性都跟观察方式联系在一起！地球人都认为，泥巴本来是不能吃的，但蚯蚓可不这么看，蚯蚓会咂咂嘴巴 , 然后说:“ 伙计，泥巴香着呢！来，八戒，尝点？吃这东西只会长长，保证不会长胖！看我，多~~~苗条！”………正听课的八戒突然站起来，大吼道:“看我不钯~~死你！你这条烂~~蚯蚓！”八戒快坐下快坐下，你太投入了。刚才我只是举例子，哪来的蚯蚓？就算有，人家蚯蚓也不会说人话嘛！八戒:“可……可……可蚯蚓说的跟真的似的！”那是它说到你心坎上了，八戒，其实你一点都不胖！还有更胖的呢，比如海豹。因为人是地球的统治者，所以就容易形成思维定势，认为很多东西都有一个“本来”，早晨的太阳本来是红的;淡水本来是没有味道的;海水本来是咸的………只要不涉及科学，这些“本来”都是有意义的。但如果把这些人们自以为的“本来”用到物理上，是要出笑话的，也要出问题的。物理是研究宇宙本质的学科，而人只是宇宙的一份子，并没有超脱于宇宙之外。我们的结论跟我们的观测行为大有联系！没有什么“客观真相”。如果有，那只是很多人强加的。一匹白色的马是白色的，那是我们人类给马强加的“客观真相”，人家蜻蜓可不这么看！超脱于人类之外，我们站在整个动物界的高度，就无法判断，到底是人类对，还是蜻蜓对。而物理正是用超脱于人类之上的视角来研究问题，所以物理学家只能说:电子既是粒子又是波。电子具有波粒二象性。在同一时刻，电子的波性和粒子性是互相排斥的，但在一个更高的层次上，它们却是统一在一起的，作为电子的两面被纳入一个整体概念中---这就是互补原理。创始人--波尔。26 、神秘莫测的量子论（4）今天我们学“测不准原理”。八戒:“啥？厕不准？还是车不嘴？或者扯不准？”八戒别捣乱，测不准就是量不准的意思。八戒:“哦！原来是这个意思啊！那你直接说“量不准”，或者“搞不准”不就得了！非说什么测不准。”你说的也对，测不准其实就是搞不准的意思。唐僧:“呵呵呵，猪啊猪…”唐僧别笑，八戒的学习方法是对的，对于一个陌生的，抽象的术语，我们最好找一些熟悉的，形象的词汇去记忆它。测不准原理是过去的叫法，现在我们都叫她“不确定性原理”。今天我们就来学习一下，什么是“不确定性原理”？怎么说呢，如果我们把量子力学比喻成一座两百层楼高的大厦，那，不确定性原理就是这座大厦最最重要的根基之一。也许我这么说都小看了她，因为不确定性原理就像万有引力一样，是我们这个宇宙的基本属性之一。要说不确定性原理，就不得不再次提起海森堡，因为这几乎是他一手搞出来的。大家还记得，当年海森堡因为弄出了个矩阵力学而在物理界红极一时，然而好景不长，这份难得的，一辈子也许只有一次的荣誉就被薛定谔过早地夺了去。用一句俗话就是“俺的屁股还没有坐热，怎就被人喊起立了？” 所以，海森堡的抑闷是可想而知的。如果换做其他人，可能会这样想:“我在心里抑闷就行了，只要我不说出来，谁会知道我难受呢？” 但年轻的海森堡不同，他不但心里憋得慌，还把这种憋得慌到处诉说。他写信给泡利说:“对于每一份矩阵的论文，人们都把他改写成波动的形式，这让我非常讨厌。我想他们最好两种方法都学学。”听听，听听，这语气，恼火中透出委屈，委屈中透出无奈，无奈中又夹杂着企盼。打个不是很恰当的比喻，海森堡遇到的这种情况就好像是:从前人们不知道怎样到达罗马，但海森堡发明了驴车，只要你会驾驶驴车，就能顺利到达罗马。可没过多久，薛定谔发明了小轿车，只要你会驾驶小轿车，也能顺利到达罗马，并且更快，更简洁，更风光。于是，对于丢弃驴车改学轿车驾驶的人，海森堡非常讨厌，并对大家说，我认为两种驾驶技术你们都应该学学。对于海森堡的这种劝告，想必人们都露出了可爱的笑容，用一个词来形容就是:抿嘴一笑。然而，让人哭笑不得的是，老天最爱做的事就是跟人开玩笑。多数人认为错的不一定错，少数人，哪怕是一个人认为对的却真有可能是对的。海森堡再次向人们验证了那句话:真理总是掌握在少数人的手里。海森堡是对的，两种力学形式年轻人们都应该学学，而不是偏废其一。因为在海森堡哪看似复杂的矩阵力学里，还隐藏着一个天大的秘密，至今未被人发现，这个秘密是如此之大，以至我们不得不说，这是我们这个宇宙的秘密。不过在说这个秘密之前，我们先来探讨一个军事问题，面对一颗飞驰而来的导弹，我们该怎么做？现在，有一颗洲际导弹从太平洋某岛屿发射升空，导弹上装载着一颗一亿吨当量的氢弹，毫不疑问，这是一个威力巨大的导弹，当年美国用一颗两万吨当量的原子弹就能把一座城市夷为平地，而现在这颗导弹的威力是一亿吨，换言之，他可以夷平5000个城市。而更为可怕的是，据羊肠小道社的消息说，这颗导弹的目的地是我国的长江三峡大坝，情况相当紧急，怎么办？还能怎么办，必须打下来！！可是用什么方法把他打下来呢？我们可以用激光，因为我国的激光技术还凑合。但是很不幸，今天阴云弥布，激光能量衰减太厉害。真是屋漏偏逢连夜雨啊，显然，这招不好使。那咱们在换另一招，用一颗装载着核武器的导弹与来犯导弹近距离引爆，利用核爆的巨大冲击波催毁导弹，或迫其改变轨道，但是，这招的把握也不是很大，虽然核爆威力大，但爆炸范围太广，其能量一平均，恐怕达不到催毁的力度。怎么办？就剩最后一招了，用一颗导弹去击中来犯导弹，这是最让人放心也是难度最大的一招，跟美国的导弹防御系统一样，其难度被人们形象地比喻为:这是在用一颗子弹去击中另一颗子弹的行为。要想击中来犯导弹，需要的参数太多太多了，其中有两个参数不光要知道，而且是要极其精确地知道。这就是来犯导弹在某一时刻的动量p(质量和速度的乘积)，及位置q。我们只有知道导弹在某一时刻的速度和位置，然而才能计算出导弹在下一个5秒时的具体位置，一句话，我们要想击中他，就必须要同时知道他现在的位置和速度。可怎样测量导弹的位置和速度呢，很简单，可以向导弹发射雷达波，也可以发射激光束，记录下激光束往返的时间，再用这个时间乘上光速，得到的结果除以2就是导弹与我们的距离。如此这般，我们就可以得到导弹的速度和位置。于是摧毁它便成为可能了！………好，我们现在回到主题。…………八戒:“可是到底打下来没有啊？你怎么就不说了呢，真烦人！”呵呵，这个……我也不知道，不过你可以去羊肠小道社打听打听嘛。27、 神秘莫测的量子论（5）我们说，当人们不再去学海森堡那复杂无比的矩阵力学的时候，其实，那里面还藏着一个天大的秘密，因为自己对自己创造出来的东西最独有情钟，所以这个秘密由海森堡独自发现就不足为奇了。话说，当年海森堡把电子的动量p(质量和速度的乘积)用一种表格来表示，把电子的位置q也用一种表格来表示。接着，他用p乘以q，得到一个值;也许是为了验算，也许是出于一种好奇，也许是出于一种习惯，海森堡又反过来算一遍，用q乘以p，结果发现，p×q竟然不等于q×p，呵呵，肯定算错了，再来一遍吧，虽然费力，但谁叫他粗心呢？粗心就得付出代价！于是海森堡又很抑闷地算了一遍，结果又发现，p×q还是不等于q×p。呵呵，怪了，奇了，抑闷了，这宇宙中竟然还有不符合乘法交换律的东东？大家都知道，长乘以宽肯定等于宽乘以长，这是乘法交换律。海森堡又不信，又来了一遍，结果依然如故！看来海森堡并不粗心，“这里面肯定有问题，而且是大问题！”海森堡这样想到，他想啊想啊，“p×q不等于q×p”到底表示什么意思呢？他想了很久很久……忽然，不经意间一阵剧烈的兴奋向他袭来，随着内心的剧烈跳动，他终于豁然开朗！p×q不等于q×p表示的意思是:测量顺序不一样，测量结果就会不一样！比如，我们先测量电子的动量p，再来测量电子的位置q，其结果并不等于先测量位置，再来测量动量。为何会出现这种问题呢。“除非我们的测量会干扰电子。”海森堡又这样想到。他的确想到了关键处。我们的测量的确会给被测量的东西带来干扰。想像一下，有一个电子在我们面前，现在我们想测量他的位置，怎么测量呢？还能怎么测量，向他发射光子呗。就像现实中一样，我们若想看见一个人，就必须有光照在这个人身上。我们之所以能看见这个人，是因为无数的光子打在那人身上后发生反射(也可以理解为反弹)，当反射回来的光子进入我们眼睛，于是就被我们所看见了。没有任何光源，我们就看不见任何东西。我们向电子发射一光子，当光子打在电子身上后反射到某种仪器上，于是我们就可以判断出电子在哪了。好，我们现在再去测量电子的速度，咦，奇怪了，电子不见了，他刚才还在，怎么突然就不见了！难道他真的是幽灵？或者是传说中的鬼？不可能，信什么也别信有鬼！哦，终于知道了，电子被光子打飞了！对于宏观物体，比如导弹，我们向它发射激光，激光对导弹的影响很小很小，但电子就不同了，他是如此的小，光子打在他身上也许就相当于一个足球打在篮球上。篮球肯定会被打飞的。也就是说，在量子的世界里，或者说在微观的世界里，我们的测量肯定会对测量的对象造成干扰！甚至，在宏观上我们也是可解释的。比如，我们想测量一桶热水的温度，于是我们向桶里插入温度计，那么，得到的读数就真的是热水的温度吗?当然不是，因为我们插入的温度计这个测量工具会吸收热水的少部分热量，导致水温下降。所以无论我们如何测，都不可能得到一个完全真实的温度！p×q不等于q×p这个式子表示，我们无法同时测量一个电子的动量和位置！也就是说，我们可以知道电子的位置，也可以知道电子的速度，但我们永远也别想同时精确地知道电子的速度和位置！当我们精确地知道电子的位置时，就只能得到一个模糊的动量，反之亦然。就是说，位置测得越准, 动量就会测得越不准；而当速度测得越准时，位置就会越模糊。八戒:“不可能，没有永远办不到的事，假设我们同时测量动量和位置呢。”这也不行，因为理论限制了我们这么做。而p×q不等于q×p就是理论。理论决定了我们能看到什么，也同时决定了我们不能看到什么。唐僧:“呵呵，因为我们没有这个技术，就把责任推到理论身上，好玩。其实呀，就算物理学家们说，我们能同时观测到电子的动量和位置，只是现在我们还没有这种能力！如果这样说的话，那我们也不会认为物理学家们多么无能，更不会影响他们在我们心目中的伟大形象。我想，等以后技术发达了，同时测量电子的位置和速度是不成问题的。我们能用一颗导弹去击中另一颗导弹，我就不信，我们不能把小小电子的速度和位置同时测出来。”我们以前说过，怀疑什么也别怀疑数学！不能同时测量电子的位置和速度，这绝不是因为我们的技术问题，更不是什么误差问题。这是由于理论上的限制。就像我说:“我们永远也找不到一个比零大的最小的数！”结果你偏不信，非得去找，可以肯定，就算你能活到宇宙终结的那一天，你也是找不到的。28 神秘莫测的量子论（6）悟空:“我相信老师的话，如果我们相信科学，就要相信理论，因为科学都是由理论构成的。”不愧是是悟空，悟性比你师父强多了。唐僧:“呵，呵呵，呵呵呵，阿弥陀佛，唉……只怕某些人，错了，应该说某些灵长类动物，表面赞同寒老师的话，但那只是因为极其无知而导致的盲目崇拜，并不是心里真的就这么认为啊！”悟空:“你什么意思你？你不给说清楚我们俩没完！你是我肚里的蛔虫吗？你怎么知道我心里就不这么认为？希望你能记住，我们头上已没有什么烂圈圈，臭铁环。下次说话注意点，灵长类动物都搞出来了！！亏你想得出！”八戒:“哎呀，别吵了，你俩又不是小孩子。记住，我们这是在搞学术争论，不是王大妈骂街！”嗯，八戒对他俩的批评很到位。八戒:“嘿嘿，过奖过奖，严重严重。我也是这么认为的，虽然电子同时具有动量和位置，但我们是没法同时测量到的。”八戒，你又错了！宇宙中根本就不存在同时具有速度和位置的电子！八戒:“寒老师，呵呵，这你就搞大了！一辆匀速行驶的QQ轿车，在某时某刻，轿车肯定同时具有一个准确的位置和一个准确的速度。你怎么胆子那么大，竟然敢宣称不存在同时具有位置和速度的电子呢？你就不怕某天在路边散步，突然飞来砖头？”八戒，你可别吓我。我一看见砖头头就大，砸在我头上，那就是真的大了。紧急声明，不是我搞大了，是物理学家们这么说的，我只是转述而已。沙僧:“原来你只是照本宣科啊，其实你并不赞同这种说法是吧？说实话！”错了，我非常赞同这种说法。如果我们相信数学，就没有理由不相信不确定性原理，相信不确定性原理，就没有理由不相信不存在同时具有速度和位置的电子。就像我说，找不到比零大的最小的数。你说正确，确实找不到这个数，但这个数是存在的！而我说，这个数是不存在的！我们这个宇宙有什么？或者说，我们这个宇宙是什么？对这个问题我们只能说，理论上能让我们看到什么，宇宙就有什么，或者说宇宙就是什么。理论上我们不可能测量到的东西，他在宇宙中是不存在的。如果我们不坚信这一点，这个世界就会乱了套。比如我说，其实呀，我们的身边时时刻刻都有鬼在无声地穿梭，只是我们不可能测量到它们的存在而已 ; 其实呀，一个原子就是一个世界，在那个世界里，原子核就相当于太阳，电子就相当于行星，电子上也住着人，那里有山有水有河流，还有一个大气球！不过，电子上的这个世界我们是观测不到的，虽然它真的存在！其实呀，你能不能考上大学，或者说能不能考上个好大学，跟你家祖坟葬在哪里？葬的怎么样？是有极大极大关系的！至于祖坟是通过什么方式以及怎样影响考学，影响升官发财的，我们永远也别想知道。但祖坟通过某种我们无法观测到的方式，来影响很多活人。这种情况是存在的！八戒: “ 哦，我明白了，这就相当于上次你说的，那位眼睛里会喷火的女人一样。其实呀，这种例子在电视上经常上演。我们就常常听到某位女主角对男主角说，你爱我你就说嘛！你不说我怎么知道呢？我不知道的话，那不就等于你没爱过我吗？……怎么样？我这个例子经典吧？嘿嘿嘿…”你这个例子确实很经典，不过是错的很经典！男主角如果真爱女主角的话，就算他没说，也会在语气上，行动上，眼神上露出蛛丝马迹，而女主角没有发现，可能有以下原因：一、女主角是白痴，不具备观测能力（属于仪器不先进的那种）。二、女主角从来没有去观测过，因为她对男主角根本没花过心思(属于倒打一钯的那种)。三、女主角要面子，明明知道男主角爱她，却非让他说出来不可（属于死要面子的那种）。总之一句话，女主角不知道男主角爱她，并不能说明，男主角的爱是无论如何也没法观测到的。也就是说，男主角的爱是真实存在的。这跟同时具有动量和位置的电子完全不一样，同时具有动量和位置的电子是用尽任何办法也不可能观测到的，所以我们说：这样的电子在我们的宇宙中是不存在的！29、 神秘莫测的量子论(7)上回说到，不确定性原理是我们这个宇宙的基本属性。当我们把电子的速度测量得越精确，电子的位置就越模糊。反过来，当把电子的位置测得越准，其速度的测量就会产生极大的误差。所以，同时具有精确速度和精确位置的电子是不存在的，因为理论上我们无法观测到。沙僧:“说实话，我真的不是很同意这种观点。因为我们无法测量到，所以就说不存在，这也太以人为本了吧！”这不是以人为本，这是一种科学理念。说到这里，兴许我们可以顺便学另一个原理，来帮助我们解答这个困惑。这个原理在科学界无人不知，其大名叫“奥卡姆剃刀原理”