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第一章

哪条路?两条路:波粒二象性

我们在外面散步时,艾米发现前面有一只松鼠并开始追它。松鼠逃进一个院子里并绕过一棵小型观赏枫树,但艾米一点儿都没有改变她的前进路线。就在她撞到枫树上之前,我使劲拉住了她。

“你干吗要那么做?”她气愤地问。

“你这话是什么意思?你正要一头撞到树上,是我救了你。”

“不,我没有,”她扭头去看松鼠,它已经安全地爬到了院子另一边一棵更大的树上,“因为量子。”

我们开始继续往前走。“好吧,你得给我解释一下。”我说。

“嗯,我有一个计划,”她说,“你知道吗?我在后院追兔子的时候,每当我跑到池塘右边,它们都会往左边逃?”

“是的。”

“每当我跑到池塘左边,它们都向右边逃?”

“是的。”

“嗯,我想到了一个新的跑动方法,这下它们就逃不掉了。”

“什么方法?从池塘正中穿过去?”那个池塘大约才8英寸深、几英尺宽

“不是,傻瓜。我要同时走两边。我要让兔子陷在我之间。”

“嗯。这是一个……有趣的假说。”

“这不是假说,这是量子物理学。物质粒子具有波动性,能衍射绕过物体。如果你朝一个障碍物发射一束电子,它们就会同时从障碍物的左边和右边绕过。”她真的很投入,甚至都没有注意到在街对面的院子里有只猫在晒太阳。“所以,我将利用我的波动性,同时绕着池塘两边走。”

“那刚才差点儿一头撞到树上去又是什么理论?”

“哦,那个,”她看起来有点儿不好意思,“我想我应该先找个小点儿的东西试试。我的起跑位置很好,而且要不是你阻拦,我几乎就要绕过去了。”

“呃,就像我说的,一个有趣的假说。你知道的,这行不通。”

“你该不会想说我没有波动的天性吧?我有。它就写在你的物理书上。”

“是,是,你有波动的天性,好吧。除此之外,你还有佛性——”

“我是一只开悟了的狗!”

“……是,这将对你很有好处。你看,树很大,而你的波长很短。以步行的速度,一只20千克、像你这样大的狗有大约10- 35 米的波长。为了绕着这棵树衍射,你的波长要和树的宽度相当——大约要10厘米吧。目前你的波长差了34个数量级。”

“我将通过改变我的动量来改变我的波长。我能跑得非常快。”

“很好的尝试。但你跑得越快,你的波长就越短。要让你的波长达到1毫米左右或者说达到能衍射绕过一棵树的长度,你必须以10- 30 米/秒的速度移动。这速度慢得令人难以置信。以这样的速度,你将需要10亿年才能穿过原子核,这速度对抓兔子来说实在是太慢了。”

“那么,你是说我需要一个新计划?”

“对,你需要一个新计划。”

她的尾巴耷拉下来,我们默默地走了几秒钟。

“嘿,”她说,“你能帮我想个新计划吗?”

“我可以试试。”

“我如何利用我的佛性同时绕过池塘的两边?”

关于这一点我实在想不出有什么话可说,幸好那一闪而过的灰色皮毛救了我。“看!一只松鼠!”我说。

“哇!”接下来的时间就在追逐中度过了。

量子物理学有许多奇特而迷人的方面,但是引发该理论被发现的是波粒二象性,或者说是光和物质同时具有粒子和波这两种性质的事实。一般我们认为一束光是波,但在一些实验里它表现得像一束粒子。同时,我们通常认为一束电子是粒子流,结果在一些实验中它表现得像波。粒子和波的性质似乎是矛盾的,但宇宙中的一切都以既是粒子又是波的形式存在着。

在20世纪早期,发现光的行为像粒子是整个量子物理学的起点。在本章中,我们将介绍物理学家发现这个奇特二象性的历史。为了让大家理解这个理论的发展是多么奇特,我们需要讨论一下我们在日常生活中看到的粒子和波。 d8/PecfHTAMLhtpzBapFo6/TAmfcfjAVKT6a/B53gaMwGTJnv/Mzf+u1umfLsKyk

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