第九章威力巨大的原子(5)
因此，結果證明，原子不完全是大多數人創造的那個模樣。電子並不像行星繞著太陽轉動那樣在繞著原子核飛速轉動，而更像是一朵沒有固定形狀的雲。原子的"殼"並不是某種堅硬而光滑的外皮，就像許多插圖有時候慫恿我們去想像的那樣，而隻是這種絨毛狀的電子雲的最外層。實質上，雲團本身隻是個統計概率的地帶，表示電子隻是在極少的情況下才越過這個範圍。因此，要是你弄得明白的話，原子更像是個毛茸茸的網球，而不大像個外緣堅硬的金屬球。（其實，二者都不大像，換句話說，不大像你見過的任何東西。畢竟，我們在這裏討論的世界，跟我們身邊的世界是非常不同的。）
古怪的事情似乎層出不窮。正如詹姆斯·特雷菲爾所說，科學家們首次碰到了"宇宙裏我們的大腦無法理解的一個區域"。或者像費曼說的："小東西的表現，根本不像大東西的表現。"隨著深入鑽研，物理學家們意識到，他們已經發現了一個世界：在那個世界裏，電子可以從一個軌道跳到另一個軌道，而又不經過中間的任何空間；物質突然從無到有--"不過，"用麻省理工學院艾倫·萊特曼的話來說，"又倏忽從有到無。"
量子理論有許多令人難以置信的地方，其中最引人注目的是沃爾夫岡·泡利在1925年的"不相容原理"中提出的看法：某些成雙結對的亞原子粒子，即使被分開很遠的距離，一方馬上會"知道"另一方的情況。粒子有個特性，叫做自旋，根據量子理論，你一確定一個粒子的自旋，那個姐妹粒子馬上以相反的方向、相等的速率開始自旋，無論它在多遠的地方。
用科學作家勞倫斯·約瑟夫的話來說，這就好比你有兩個相同的台球，一個在美國俄亥俄州，一個在斐濟，當你旋轉其中一個的時候，另一個馬上以相反的方向旋轉，而且速度完全一樣。令人驚歎的是，這個現象在1997年得到了證實，瑞士日內瓦大學的物理學家把兩個光子朝相反方向發送到相隔11公裏的位置，結果表明，隻要幹擾其中一個，另一個馬上作出反應。
事情達到了這樣的一種程度：有一次會議上，玻爾在談到一種新的理論時說，問題不是它是否荒唐，而是它是否足夠荒唐。為了說明量子世界那無法直覺的性質，薛定諤提出了一個著名的思想實驗：假設把貓兒放進一隻箱子，同時放進一個放射性物質的原子，連著一小瓶氫氰酸。要是粒子在一個小時內發生衰變，它就會啟動一種機製，把瓶子擊破，使貓兒中毒。要不然，貓兒便會活著。但是，我們無法知道會是哪種情況，因此從科學的角度來看無法作出抉擇，隻能同時認為貓兒百分之百地活著、百分之百地死了。正如斯蒂芬·霍金有點兒激動地（這可以理解）說，這意味著，你無法"確切預知未來的事情，要是你連宇宙的現狀都無法確切測定的話"。
由於存在這麽多古怪的特點，許多物理學家不喜歡量子理論，至少不喜歡這個理論的某些方麵，尤其是愛因斯坦。這是很有諷刺意味的，因為正是他在1905年這個奇跡年中很有說服力地解釋說，光子有時候可以表現得像粒子，有時候表現得像波--這是新物理學的核心見解。"量子理論很值得重視。"他彬彬有禮地認為，但心裏並不喜歡，"上帝不玩骰子。
"他說。
愛因斯坦無法忍受這樣的看法：上帝創造了一個宇宙，而裏麵的有些事情卻永遠無法知道。而且，關於超距作用的見解--即一個粒子可以在幾萬億公裏以外立即影響另一個粒子--完全違反了狹義相對論。什麽也超不過光速，而物理學家們卻在這裏堅持認為，在亞原子的層麵上，信息是可以以某種方法辦到的。（順便說一句，迄今誰也解釋不清楚粒子是如何辦到這件事的。據物理學家雅基爾·阿哈拉諾夫說，科學家們對待這個問題的辦法是"不予考慮"。)最大的問題是，量子物理學在一定程度上打亂了物理學，這種情況以前是不存在的。突然之間，你需要有兩套規律來解釋宇宙的表現--用來解釋小世界的量子理論和用來解釋外麵大宇宙的相對論。相對論的引力出色地解釋了行星為什麽繞太陽轉動，星係為什麽容易聚集在一起，而在粒子的層麵上又證明不起作用。為了解釋是什麽把原子攏在一起，你就需要有別的力。20世紀30年代發現了兩種：強核力和弱核力。強核力把原子捆在一起，是它將質子攏在原子核裏；弱核力從事各種工作，主要與控製某種放射衰變的速率有關。
弱核力盡管叫做弱核力，它比萬有引力要強1億億倍；強核力比這 還 要強--實際上要強得多--但它的影響隻傳到極小的距離。強核力的影響隻能傳到原子直徑的大約十萬分之一的地方。這就是原子核的體積如此之小、密度如此之大的原因，也是原子核又大又多的元素往往很不穩定的原因：強核力無法抓住所有的質子。
結果，物理學最後有了兩套規律--一套用來解釋小世界，一套用來解釋大宇宙--各過各的日子。愛因斯坦也不喜歡這種狀況。在他的餘生裏，他潛心尋找一種"大統一理論"
來紮緊這些鬆開的繩頭，但總是以失敗告終。他有時候認為自己已經找到，但最後總是覺得白費工夫。隨著時間的過去，他越來越不受人重視，甚至有點兒被人可憐。又是斯諾寫道："他的同事們過去認為，現在依然認為，他浪費了他的後半生。"
因此，結果證明，原子不完全是大多數人創造的那個模樣。電子並不像行星繞著太陽轉動那樣在繞著原子核飛速轉動，而更像是一朵沒有固定形狀的雲。原子的"殼"並不是某種堅硬而光滑的外皮，就像許多插圖有時候慫恿我們去想像的那樣，而隻是這種絨毛狀的電子雲的最外層。實質上，雲團本身隻是個統計概率的地帶，表示電子隻是在極少的情況下才越過這個範圍。因此，要是你弄得明白的話，原子更像是個毛茸茸的網球，而不大像個外緣堅硬的金屬球。（其實，二者都不大像，換句話說，不大像你見過的任何東西。畢竟，我們在這裏討論的世界，跟我們身邊的世界是非常不同的。）
古怪的事情似乎層出不窮。正如詹姆斯·特雷菲爾所說，科學家們首次碰到了"宇宙裏我們的大腦無法理解的一個區域"。或者像費曼說的："小東西的表現，根本不像大東西的表現。"隨著深入鑽研，物理學家們意識到，他們已經發現了一個世界：在那個世界裏，電子可以從一個軌道跳到另一個軌道，而又不經過中間的任何空間；物質突然從無到有--"不過，"用麻省理工學院艾倫·萊特曼的話來說，"又倏忽從有到無。"
量子理論有許多令人難以置信的地方，其中最引人注目的是沃爾夫岡·泡利在1925年的"不相容原理"中提出的看法：某些成雙結對的亞原子粒子，即使被分開很遠的距離，一方馬上會"知道"另一方的情況。粒子有個特性，叫做自旋，根據量子理論，你一確定一個粒子的自旋，那個姐妹粒子馬上以相反的方向、相等的速率開始自旋，無論它在多遠的地方。
用科學作家勞倫斯·約瑟夫的話來說，這就好比你有兩個相同的台球，一個在美國俄亥俄州，一個在斐濟，當你旋轉其中一個的時候，另一個馬上以相反的方向旋轉，而且速度完全一樣。令人驚歎的是，這個現象在1997年得到了證實，瑞士日內瓦大學的物理學家把兩個光子朝相反方向發送到相隔11公裏的位置，結果表明，隻要幹擾其中一個，另一個馬上作出反應。
事情達到了這樣的一種程度：有一次會議上，玻爾在談到一種新的理論時說，問題不是它是否荒唐，而是它是否足夠荒唐。為了說明量子世界那無法直覺的性質，薛定諤提出了一個著名的思想實驗：假設把貓兒放進一隻箱子，同時放進一個放射性物質的原子，連著一小瓶氫氰酸。要是粒子在一個小時內發生衰變，它就會啟動一種機製，把瓶子擊破，使貓兒中毒。要不然，貓兒便會活著。但是，我們無法知道會是哪種情況，因此從科學的角度來看無法作出抉擇，隻能同時認為貓兒百分之百地活著、百分之百地死了。正如斯蒂芬·霍金有點兒激動地（這可以理解）說，這意味著，你無法"確切預知未來的事情，要是你連宇宙的現狀都無法確切測定的話"。
由於存在這麽多古怪的特點，許多物理學家不喜歡量子理論，至少不喜歡這個理論的某些方麵，尤其是愛因斯坦。這是很有諷刺意味的，因為正是他在1905年這個奇跡年中很有說服力地解釋說，光子有時候可以表現得像粒子，有時候表現得像波--這是新物理學的核心見解。"量子理論很值得重視。"他彬彬有禮地認為，但心裏並不喜歡，"上帝不玩骰子。
"他說。
愛因斯坦無法忍受這樣的看法：上帝創造了一個宇宙，而裏麵的有些事情卻永遠無法知道。而且，關於超距作用的見解--即一個粒子可以在幾萬億公裏以外立即影響另一個粒子--完全違反了狹義相對論。什麽也超不過光速，而物理學家們卻在這裏堅持認為，在亞原子的層麵上，信息是可以以某種方法辦到的。（順便說一句，迄今誰也解釋不清楚粒子是如何辦到這件事的。據物理學家雅基爾·阿哈拉諾夫說，科學家們對待這個問題的辦法是"不予考慮"。)最大的問題是，量子物理學在一定程度上打亂了物理學，這種情況以前是不存在的。突然之間，你需要有兩套規律來解釋宇宙的表現--用來解釋小世界的量子理論和用來解釋外麵大宇宙的相對論。相對論的引力出色地解釋了行星為什麽繞太陽轉動，星係為什麽容易聚集在一起，而在粒子的層麵上又證明不起作用。為了解釋是什麽把原子攏在一起，你就需要有別的力。20世紀30年代發現了兩種：強核力和弱核力。強核力把原子捆在一起，是它將質子攏在原子核裏；弱核力從事各種工作，主要與控製某種放射衰變的速率有關。
弱核力盡管叫做弱核力，它比萬有引力要強1億億倍；強核力比這 還 要強--實際上要強得多--但它的影響隻傳到極小的距離。強核力的影響隻能傳到原子直徑的大約十萬分之一的地方。這就是原子核的體積如此之小、密度如此之大的原因，也是原子核又大又多的元素往往很不穩定的原因：強核力無法抓住所有的質子。
結果，物理學最後有了兩套規律--一套用來解釋小世界，一套用來解釋大宇宙--各過各的日子。愛因斯坦也不喜歡這種狀況。在他的餘生裏，他潛心尋找一種"大統一理論"
來紮緊這些鬆開的繩頭，但總是以失敗告終。他有時候認為自己已經找到，但最後總是覺得白費工夫。隨著時間的過去，他越來越不受人重視，甚至有點兒被人可憐。又是斯諾寫道："他的同事們過去認為，現在依然認為，他浪費了他的後半生。"