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第36章 生命代码36（第1页）

发表了一个演讲，题目叫《在热和光动力理论上空的十九世纪的乌云》。开尔文男爵在演讲中说，物理学的大厦已经基本落成，剩下的只有边边角角的修补工作。不过，还有两个小问题没有解决，他用“两朵乌云”来形容。但是就在这次演讲后5年，传统的物理学就被撼动，解决第一朵乌云的方法衍生出了相对论，解决第二朵乌云的方法衍生出了量子力学。

其实，即便是相对论的出现，也是让人们对世界的认识更加清晰了。在一个广袤的空间中，粒子在推力和拉力的驱动下不断运动。法拉第和麦克斯韦加入了电磁场的概念。“场”是分散在空间中的存在，相距遥远的两个物体之间通过“场”相互施加力的作用。爱因斯坦完善了这个理论框架，因为他证明了引力也能被纳入“场”的概念中，而这个“场”就是时空的几何存在本身。这一归纳总结既清晰明确，又十分漂亮。

直到量子物理的出现，世界在科学家眼中又开始变得乱糟糟了起来。我们的故事就要从这里讲起。

1925年这一年的夏天，一位23岁的青年提出了一种理论，想要解释物理学发现中一些诡异的现象，这个年轻人叫沃纳·海森堡，量子力学的故事，就从他开始。

海森堡要解释什么样的诡异现象呢？当时一位成名的科学家尼尔斯·玻尔，他发现了一些公式，通过这些公式，可以预测化学元素的特征。比如，当一种元素被加热时，它会发出什么频率、什么颜色的光。这在当时是一项了不起的成就。

问题在于，玻尔发现的公式虽然和实验情况完全相符，但是科学家们却不知道怎么解释它。在玻尔的公式里，原子内部的电子只能在一些特定的轨道上，带着特定水平的能量运动。

这就好比天文学家告诉我们，月亮是绕着地球转的，但是，月亮只能在距离地球36万公里和41万公里的两条轨道上运行，近一点远一点都不行。更诡异的是，两条轨道之间如何切换呢？月球总得一点一点拉远或者接近吧？并不是。月球是直接从一条轨道跳到另一条轨道上去的。

我们今天知道，玻尔这种现象在量子力学中叫做“量子跃迁”，是微小粒子的特殊现象。但是当时的科学家们并不知道，他们就是按照天体运行的规律去进行类比的。这个时候，电子这种在特定轨道之间跳来跳去的模式，就显得太离奇了。

电子是如何在原子内部运动的？为什么偏偏是这些轨道？这种从一个轨道到另一个轨道的无法解释的“跃迁”是什么？是怎样一种未知的力引发了电子如此离奇的表现？当时科学家普遍认为，原子是构成一切物质的最小基石。所以，这些问题不能解决，我们就无法弄清楚物质的基本原理。

玻尔和他的同事们围绕这一问题研究了十多年，仍一无所获。似乎没有任何一种合理的力，能够解释电子奇特的轨道和跳跃。但通过这些轨道和跳跃可以很好地预测原子的现象。这实在是令人困惑。

海森堡作为一名年轻的物理学家，也陷进了那个问题里无法自拔。与其他人一样，他也尝试了所有的方法，却没有一种奏效。直到1925年，他取得了一些突破。

海森堡的想法大胆又简单。既然找不到一种力，能让电子做出如此离奇的运动，那我们就先不去想新的力，就从已知的力出发来进行思考，那就是将电子吸引到原子核周围的电力。既然找不到电子运行轨道的规律，那我们就继续使用已知的力学定律，不去改变它。

唯一需要改变的，是我们看待电子的方式。放弃原来那种天体运行的类比，不再把电子看作沿着一条轨道运动的物体。

总之，既然现在搞不清楚电子是如何在原子内部运行的，那我们就先放弃对电子运动的描述。只描述人们能从外界观测到的东西，也就是电子发光的强度和频率。利用这些观测数据，重新理解电子。

海森堡用矩阵的方式来进行计算。海森堡给自己的朋友泡利寄去了一份计算结果，并且在信中说：“一切还十分模糊，我也不清楚这意味着什么，但电子似乎不再沿着轨道运动了。”

就在差不多同一时间，另一位科学家薛定谔，也尝试列出方程来描述电子的诡异现象。在薛定谔列出方程之后，人们反过头来再去看海森堡的工作，这才恍然大悟，他们的数学演算，同样预测的是概率。

不论是海森堡，还是薛定谔的量子理论，它们预测的都是概率，而非确定的事件。

从这时候开始，量子力学就开始变得让人迷惑了。就连玻尔这位开启量子力学大门的科学家都说：“谁如果不为量子力学感到困惑，谁就是根本没理解量子力学。”

到底量子力学让科学家产生了怎样的迷惑呢？最主要的有三点：

第一，粒子的状态会叠加。量子最诡异的地方，就是它的不确定。它可能在一个位置，可能又在另一个位置。物理学家管这种现象叫做“量子叠加态”，这动摇了科学家心中的确定性，很多科学家拒绝接受这样的结果，连爱因斯坦都说“上帝不掷骰子”。

第二，观测会影响结果，仿佛粒子能感觉到人们在看它，看与不看时，获得的结果会大不一样，这让科学家开始怀疑主观和客观的边界。

第三，粒子所带的能量是一份一份的，不连续的。后来物理学家发现，之所以原子中的电子必须在特定的轨道上，是因为只有在这些位置，电子才能拥有合适的能量，符合一份一份的要求。

别的位置，电子所带的能量可能就不是整份的，物理规则就不允许这样的情况出现。量子理论的名字正是由“量子”，即“一份一份的能量”来的。以往人们都认为，世界应该是连续的，可是量子力学展现出来，这个世界可能在最小尺度上，就是不连续的。量子力学证实了世界非连续性的一面。

你看，传统物理学让人们相信世界是确定的，是有不受人影响的规律的，是连续的。但是，量子力学打破了人类对于世界原有的认知，告诉我们这是错的。可是量子力学却没有告诉我们，正确的答案是什么。目前科学家们掌握的是一些数学上可以验证的公式，实验室中观测的结果，但是这些公式和结果要如何解释，至今还没有定论，甚至按照这些公式和结果，我们能推断出一些非常匪夷所思的结论。

那这个世界到底是什么样呢？很遗憾，目前可能没有确定的答案。

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