引子
你可以閱讀這本書,理解書中的文字,因為你有眼睛,可以將頁面上零散的光轉換成電脈沖,經過你的大腦——我們所知的宇宙中最復雜的結構——來闡釋。我們發現,所有這些東西都只不過是原子的集合體,而各種各樣的原子只由三種粒子構成:電子、質子和中子。我們還發現,質子和中子本身是由更小的單位——夸克——組成。事情到這里為止,這就是量子理論迄今為止的全部內容。
“宇宙是由故事,而不是原子構成的。”這是詩人Muriel Rukeyser的名言。“我們是由星際物質構成的,”Carl Sagan反駁說。但最有趣和重要的故事是那些解釋原子和星際物質的內容。“《量子宇宙:一切可能發生的事確實會發生》一書是由星體物理學家布賴恩·科克斯和曼徹斯特大學教授Jeff Forshaw所著, 帶我們進入一個引人入勝的探索自然構造的旅程,探討了量子理論如何解釋從硅芯片到恒星再到人類行為的理論框架。
量子理論也許是既無限神秘又極為有用的極好的例子。深奧,因為它描述了這樣一個世界:一個粒子真的可以同時存在于幾個地方,并且在宇宙中可以同時從一個地方移動到另一個地方。有用,因為對這個宇宙最小的積木的行為的理解促進了我們對其他一切的事物的理解。這種說法近乎自大,因為這個世界充滿了多樣而復雜的現象。盡管 存在這種復雜性,但我們發現,一切事物都是由一小撮微小的根據量子理論的規則四處移動的粒子構成。規則是如此簡單,甚至可以在一個信封的背面上總結完畢。事實上,我們竟然不需要一整個圖書館的書來解釋事物的本質,這已是最大的奧秘之一。
這個故事造就了一個世紀的科學覺知和理論的發展,從馬克思.普朗克到愛因斯坦再到費曼,從1900年發現黑體輻射而創造了“量子”這個術語,到現代量子理論再到通過量子理論預測觀察到的現象,物理界因為這一理論而產生了巨大的進步。
正如現代物理學所揭示的那樣,我們所居住的宇宙的圖景,大道至簡:優雅的現象舞蹈遠離視線,宏觀世界的多樣性出現。這也許是現代科學的最高成就;世界的巨大復雜性的降低,包括人類在內,只有少數微小的亞原子粒子和它們之間存在的四種力量來描述其行為。
為了展示量子理論與我們日常生活如何緊密聯系,而不是一個奇怪的深奧的邊緣科學,科克斯提供了一個熟悉的例子。
想一想你周圍的世界。你拿著一本由紙做的書,它來自一棵樹的碎漿。樹木是能夠供應原子和分子的機器,將它們分解,并將它們重新排列成由成兆的單個零件組成的殖民地。他們這樣做是使用了一種被稱為葉綠素的分子,它由一百多個碳、氫和氧原子扭曲成一個復雜的形狀,與幾個鎂和氮原子栓在一起。這個組件的粒子能夠捕獲光,這些光從距離我們9300萬英里的恒星而來——相當于一百萬個體積的地球的大核爐——傳遞能量到細胞的心臟,用來將二氧化碳和水生成生命所需的氧氣。這個形成了樹木和所有生物的高等結構的分子鏈,就在你的書中。
你可以閱讀這本書,理解書中的文字,因為你有眼睛,可以將頁面上零散的光轉換成電脈沖,經過你的大腦——我們所知的宇宙中最復雜的結構——來闡釋。我們發現,所有這些東西都只不過是原子的集合體,而各種各樣的原子只由三種粒子構成:電子、質子和中子。我們還發現,質子和中子本身是由更小的單位——夸克——組成。事情到這里為止,這就是量子理論迄今為止的全部內容。
科學似乎是建立在之前發生了什么,然而,自然、人類的心靈和思想依然存在許多偶然和不確定性。科克斯是這樣說的:
量子理論的一個重要特征是,它處理可能性而不是必然性,不是因為我們缺乏絕對的知識,而是由于自然本身,就是由不確定性控制的。
尾聲:
《圣經》里說:神用地上的塵土造人,將生氣吹在他鼻孔里,他就成了有靈的活人......你本是塵土,仍要歸于塵土。
用量子理論的角度來看,我們和星星的構成并無二致,我們都來自星辰,都是那一撮微小的粒子的組合。然而,材料一樣,造物卻千變萬化。萬千的粒子的組合造就了紛繁復雜的造物界,碳原子的不同組合誕生不同的物質,表面的差異本質上不過是粒子排列組合的方式不同。為什么會有這種組合的差異?造物的機制是隨機的嗎?個體的差異是進化的必然還是隨機的概率?意識源自哪里?為什么總感覺有強大的向心力讓靈性靠近?
科學與進化的步伐,就是為了探尋最終的真理——認識自己。
END
我是麥小熙,更喜歡探究紛繁復雜現象后面的統一。希望不斷突破認知的界限,破除最深的無知,證悟最初的那個一。堅持原創翻譯介紹全球各領域最棒的圖書,持續分享有價值的思想。