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莫霍克—赫德森动物保护协会在它位于特洛伊市郊外的狗舍附近的树林里铺设了一条小道，因此我可以和我正在考虑收养的狗一起散个步。小道旁有一小块空地，空地上有条长凳，我坐下来打量着我带出来的狗。
她坐在长凳旁边，用她的鼻子戳我的手，于是我挠挠她的耳朵后边。我的妻子凯特和我一起看过许多狗，但凯特今天得工作，所以我被派来独自挑选一只。这只看上去不错。
她是一只一岁的混血犬，有德国牧羊犬和别的什么犬的血统。她有着牧羊犬经典的黑色和黄褐色毛发，但比牧羊犬小一些，并且耳朵耷拉着。她的狗窝门上的标签显示她的名字叫“公主”，但是这个名字似乎不太适合她。
“你觉得，我们应该怎么称呼你，女孩？”我问道。
“叫我艾米！”她说。
“为什么？”
“因为这是我的名字，笨。”
被一只狗狗说“笨”让我有点儿惊讶，但我想她有她的理由。“好吧，我无法反驳。所以，你想和我们在一起吗？”
“嗯，这取决于……”她说，“小动物的情况怎么样。”
“啥？”
“我喜欢追逐。那里有可以让我追逐的小动物吗？”
“哦，有。我们有一个很大的院子，那里有很多鸟和松鼠，时不时地还有兔子。”
“噢！我喜欢兔子！”她愉快地摇起尾巴，“那散步呢？我有机会去散步吗？”
“当然。”
“有狗粮吗？我喜欢吃狗粮。”
“如果你是一只好狗，你就会得到好吃的。”
她看起来有些被冒犯了。“我是一只非常好的狗。你会给我狗粮的。你以什么谋生？”
“什么？现在，究竟是谁评估谁？”
“我需要知道你是否值得拥有一只像我这样好的狗。”
嗯，看起来“公主”这个名字可能比我先前想的更适合她。
“你以什么谋生？”
“好吧，我的妻子凯特是律师，而我是联合学院的物理学教授，这所学院在斯克内克塔迪。我教书并研究原子物理学和量子光学。”
“量子什么？”
“量子光学，宽泛地说，就是研究光与原子之间的相互作用。在这种情况下，你需要用量子物理学来描述它们中的一方或双方。”
“听起来很复杂。”
“是的，但这也正是它令人着迷的地方。量子物理学有各种各样古怪与奇妙的属性。粒子的行为像波，而波的行为像粒子。在测量之前，粒子的性质是不确定的。真空中充满了忽然出现又忽然消失的‘虚粒子’。这真的很酷。”
“嗯，”她看起来思考了一会，然后说，“最后一项测试。”
“是什么？”
“摸摸我的肚子。”她翻过身，我伸手去摸她的肚子。大约一分钟后，她站起来，抖了抖身体，说：“好的，你非常不错。我们回家吧。”
我们回到狗舍填写收养文件。当我们一起离开的时候，她说：“量子物理学，对吧？我会学一些的。”
“好吧，我很乐意教你。”
和大多数狗主人一样，我花了很多时间跟我的狗谈话。我们的大部分谈话都很典型——不要吃那个、不要爬上家具、我们去散步吧。不过，我们还有一些对话是关于量子物理学的。
为什么我要和我的狗谈论量子物理学呢？嗯，我靠量子物理学谋生：我是一名大学物理学教授，因此我会花很多的时间来思考关于量子物理学的一切。
什么是量子物理学？量子物理学是现代物理学的一部分。“现代物理学”一般指1900年之后发现的物理学原理。1900年之前的物理学原理一般被认为是经典物理学。
经典物理学是与日常物品——网球、吱吱响的玩具、炉灶、冰块、磁铁和电气线路等——相关的物理学。经典运动定律决定着任何大到足以用肉眼看到的物体的运动。经典热力学解释了加热和冷却物体的原理，以及发动机和冰箱的工作原理。经典电磁学解释了灯泡、收音机和磁铁等的工作原理。
现代物理学描述的则是一个超越了我们日常所见的、更加陌生的世界。这个世界在19世纪末和20世纪初进行的实验中首次被揭示，且不能被经典物理学规律所解释。新领域需要物理学家们发展出不同的学说来解释。
现代物理学分为两个部分，而且每个部分的研究方向都是对经典规律的彻底背离。一个部分与相对论有关，涉及高速移动的物体或处于强引力场的物体。阿尔伯特·爱因斯坦在1905年提出了狭义相对论，它本身就是一个非常引人入胜的课题，但它超出了本书的讨论范围。
现代物理学的另一个部分就是我要跟我的狗谈论的。这个部分叫量子物理学或量子力学
，是现代物理学中处理光与非常微小的物体（分子、原子、亚原子粒子）的学科。马克斯·普朗克在1900年创造出“量子”这个词；爱因斯坦因提出第一个与光相关的量子理论而获得诺贝尔物理学奖
[1]
。一整套量子力学理论在接下来的大约30年里发展了起来。
这些开创理论的人——从早期的开拓者，比如创造了第一个氢原子量子模型的普朗克和尼尔斯·玻尔，到后来的思想家，比如独立研究了我们现在称为“量子电动力学”（QED）的理查德·费曼和朱利安·施温格——都被视作物理学的巨人。量子理论中的一些元素，比如维尔纳·海森堡的测不准原理、薛定谔的猫以及休·埃弗里特的多重宇宙解释中的平行宇宙，甚至在物理学以外的领域吸引大众发挥其想象力。
没有量子物理学的话，现代生活是不可能实现的。没有对电子的量子本质的理解，就不可能制造出电脑的半导体芯片并使其运行。不了解光和原子的量子属性，就不可能制造出通过光纤发送信息的激光器。
量子物理学对科学的影响并不局限于简单的实用层面——它迫使物理学家们努力去解决哲学问题。量子物理学对我们了解宇宙及其中物体的性质的程度设定了极限。量子物理学甚至改变了我们对“测量”的理解。它需要在最基本的层面上对现实的本质有完整的反思。
量子物理学描述了一个绝对奇异的世界，在这里没有什么是确定的；并且在你测量物体之前，它们没有确定的属性。这是一个由相距遥远的物体以奇怪的方式连接在一起的世界，我们所在的宇宙附近存在着拥有不同历史的多个完整宇宙，还有“虚粒子”们在真空中忽然出现又忽然消失。
量子物理学可能听起来像科幻小说里的东西，但它是科学。量子理论描述的世界是微观尺度上的世界
。量子理论预测的奇怪效应是真实的，有着真实的结果和应用。量子理论已经被检验到令人难以置信的精确水平，这使它成为历史上经过最精确检验的科学理论。即使是最奇怪的预测也已被实验证实（我们将在第七章、第八章和第九章中谈到这些）。
所以，量子物理学是优雅的。但它与狗有什么关系呢？
狗在理解量子物理学上比大多数人都有优势。比起人类，狗对世界的先入之见更少，并且总是期待意想不到的事物。一只狗可以在一年之中每天都走在同一条街道上，而每天都有新的体验。它会去嗅每一块石头、每一丛灌木、每一棵树，就像从未嗅过它们一样。
如果看到狗粮突然出现在厨房的地板上，人会抓狂。但狗会不慌不忙地把它吃掉。事实上，对大多数狗来说，狗粮的凭空自动出现是完全没有问题的——它们总是期待狗粮在任意时刻出现，并且认为狗粮不需要明显的原因就可以凭空出现。
量子物理学似乎让人类感到迷惑和困扰，因为它与我们所预期的有关世界如何运转的常识并不相容。狗则更容易接受量子物理学。日常世界对狗来说是一个奇怪而奇妙的世界，而量子理论的预言对一只狗来说并不比，比如说，拧门把手
更奇怪或更神奇。
和我的狗讨论量子物理学挺有用的，因为它可以帮助我了解如何与人类讨论量子物理学。学习量子物理学有时就是学习像狗一样思考。如果你能像一只狗那样，怀抱着无穷无尽的惊喜与惊叹来看待这个神奇的世界，那学习量子物理学将容易得多。
这本书再现了我和我的狗之间的一系列关于量子物理学的对话。每段对话后面都有一部分关于所涉及物理问题的详细解释，它们是专门为那些对此有兴趣的人类读者准备的。对话涉及的范围很广，从许多人听说过的概念，比如波粒二象性（第一章）和测不准原理（第二章），到比较高层次的“虚粒子”和量子电动力学（第九章）。后面的解释则包括讨论某些理论做出的奇怪预测（从实践和哲学两个方面）以及证明这些预测的实验。这些内容是根据狗的兴趣来选择的，不过也阐述了让人类觉得惊讶的部分。
“我不知道。我认为它需要更多……”
“更多什么？”
“更多的我。你没说我是只非常聪明的狗。”
“好吧，行……”
“而且非常可爱。”
“当然，但是……”
“而且不要忘了我很好，我比其他那些狗好多了。”
“其他哪些狗？”
“除我以外的狗。”
“注意，这是一本关于物理学的书，不是一本关于你的书。”
“行吧，我想说的不过是书里应该有更多关于我的事。”
“不行，你得接受这一点。”
“好吧，好吧。不过，我可以在物理方面提供帮助。”
“啥意思？”
“嗯，有时候你漏了一些东西，没有回答我所有的问题。你不应该那样做。”
“什么时候？举个例子。”
“嗯……我现在想不起来。不过如果你把手稿读给我听，我就会把漏掉的地方指出来，并帮你修改。”
“好吧，听起来很公平，这就是我们要做的。我们将一起把整本书过一遍，如果你觉得我漏了什么，我们可以谈谈，并且我会在书中留下你的评论。”
“像我们现在这样？”
“是的，就像我们现在做的一样。”
“你会把这些对话写进书里吗？”
“是的，我会。”
“如果是这样，那我们应该谈谈为什么我是最棒的、我是多么可爱、我应该得到更多的狗粮，而且……”
“停，差不多够了。”
“那暂时先这样吧。”