8　量子丛林

第二天一早，睡得迷迷糊糊的汤普金斯先生突然觉得房间里有人。他睁开眼睛转头四顾，发现他的老朋友教授正坐在扶手椅上，专注地研究摊在膝头的地图。

“你要一起去吗？”教授抬头问道。

“去哪儿？”汤普金斯先生一头雾水地反问，他很想知道教授是怎么进来的。

“当然是去看大象啦，还有量子丛林里的其他动物。前两天我们去过的那间桌球室的主人向我透露了他的秘密——他用来制作桌球的那些象牙是从哪儿弄来的。看到地图上我用红笔圈出来的地方了吧？看来这片区域内的所有东西都遵循一个非常大的量子常数。当地人觉得那是魔鬼的国度，我很担心到时候找不到向导。不过要是你想去的话，那最好快点儿。船再过一个小时就要起航了，我们还得顺路去接理查德爵士呢。”

“理查德爵士是谁？”汤普金斯先生问道。

“你竟然没听说过他吗？”教授惊讶极了，“他是一位著名的猎虎人，他答应和我们一起去，我跟他保证过，这次狩猎之旅一定精彩万分。”

他们赶到码头的时间刚刚好，一行三人监督着搬运工将一个个长条形的箱子搬上船去，箱子里装着理查德爵士的步枪和特制的子弹，制作子弹的材料是教授特地从量子丛林附近的铅矿里弄来的。汤普金斯先生在舱房里整理行李的时候，船身稳定的颤抖告诉他，他们已经起航了。海上的旅程乏善可陈，汤普金斯先生险些忘记了时日，直到他终于看到一座迷人的东方城市出现在海岸线上，这是离神秘的量子丛林最近的人类聚居地。

“现在，”教授说，“要深入内陆，我们必须先买一头大象。我觉得恐怕没有哪位本地人愿意跟我们一起走，所以我们得自己驭象，这个任务只能交给你了，我亲爱的汤普金斯。因为我需要做科学观察，理查德爵士又得拿着枪保护我们的安全。”

他们来到市郊的大象市场，看到那一头头的庞然大物，想到自己必须学习如何驾驭它们，汤普金斯先生的心情有些糟糕。理查德爵士对大象倒是有几分研究，他挑了一头漂亮的大象，问主人想卖多少钱。

“哈汉威嚯啵姆。哈格里嚯，哈喇汗喔嚯嚯嚯伊。”这位土著说道，他的牙齿闪闪发光。

“他要的价钱可不低，”理查德爵士向大家解释，“但据说这头大象特别适合量子丛林，所以才卖这么贵。我们要买下它吗？”

“当然。”教授回答，“我在船上听人说过，量子丛林里的大象有时候会跑到外面来，被土著捉住。这种大象比其他地方的好得多，而且特别符合我们的需求——要知道，我们要去的地方是它的家。”

汤普金斯先生仔仔细细地把这头大象检查了个遍；这是一头庞大而美丽的动物，但它看起来和动物园里的普通大象似乎没有任何区别。于是他对教授说——“你说这是一头量子大象，但我觉得它看起来很普通，行为也很正常，和那些古怪的桌球毫无相似之处。它为什么就不会向四面八方弥散呢？”

“你的理解力真的很差。”教授说，“因为它的质量太大了呀。我肯定跟你讲过，位置和速度的不确定性都取决于质量；物体的质量越大，它的不确定性就越小。正是出于这个原因，我们在日常生活中才无法观察到量子现象，哪怕是尘埃这么轻的微粒也不行；但对于质量只有尘埃亿万分之一的电子来说，量子定律就变得很重要了。我们再来说现在的情况，量子丛林中的量子常数固然很大，但仍不足以显著影响大象这样的巨型动物。你必须仔细观察量子大象的轮廓，才有可能发现它位置的不确定性。你可能已经注意到了，这头大象皮肤表面的线条并不清晰，而是有点模糊。随着时间的流逝，这种不确定性会非常缓慢地增长，所以当地才有这样的传说：量子丛林里的老年大象看起来都毛茸茸的。不过我觉得，那片区域里体型较小的动物会表现出明显的量子效应。”

“这么说的话，”汤普金斯先生暗自想道，“我们不能骑马去探险，这反倒是件好事儿啰？如果我们骑的是马，那么没准前一秒钟它还在我的屁股底下，下一秒就跑到了对面的山谷里！”

教授和扛着枪的理查德爵士爬进大象背上的篮子，新上任的驭象人汤普金斯先生也就位了——他骑在大象的脖子上，手里紧抓着缰绳。一行三人向着神秘的量子丛林出发了。

城里人告诉他们，去丛林大概要走一个小时，汤普金斯先生一边努力保持平衡，一边决定好好利用这段时间，请教授再给他讲讲量子现象。

“请告诉我，”他向教授请教，“小质量的物体为什么特别容易受影响，你老是挂在嘴边的‘量子常数’指的又是什么呢？”

“噢，这个很好理解，”教授回答，“你在量子世界里观察到的物体的所有古怪行为都是因为你正在看它。”

“它们这么害羞吗？”汤普金斯先生笑了。

“用‘害羞’来形容不太合适，”教授冷冷地说，“但重点在于，对运动任何形式的观察都必然干扰运动本身。事实上，只要你获得了关于物体运动的任何信息，这就意味着该运动物体必然对你的感官或者你使用的设备产生了某种影响。考虑到作用必然等于反作用，我们只能得出一个结论：你的测量设备也必然对该物体产生了影响，换句话说，它‘破坏’了物体的运动，并为该物体的位置和速度引入了一个不确定性。”

“呃，”汤普金斯先生说，“要是我用手指触碰桌球室里的桌球，那我肯定干扰了它的运动。但我只是用眼睛看看，这样也会干扰它吗？”

“当然会。要是周围一片黑暗，你肯定看不到那个球；你能看到桌球，是因为光的反射，那么这束光必然作用于桌球——我们称之为‘光压’——从而‘破坏’它的运动。”

“要是我采用的仪器特别灵敏，特别精密，那么能不能把这样的影响降低到可以忽略不计的程度？”

“在我们发现作用量子之前，这正是经典物理的传统观点。但到了20世纪初，人们清晰地认识到，对物体的任何作用都存在一个确定的下限，我们称之为量子常数，通常用符号‘h’来指代。正常世界里的作用量子非常非常小，如果用我们习惯的单位来描述的话，它的小数点后面有27个零，所以只有那些质量非常非常小的粒子（譬如电子）才会被极小的作用影响。但在我们即将前往的量子丛林里，作用量子的值很大，所以在那个狂野的世界里，根本就不存在什么温柔的动作。如果你想在量子丛林里抚摸一只小猫，那它要么毫无感觉，要么一下子就会被你的‘量子爱抚’弄断脖子。”

“听起来很有道理，”汤普金斯先生若有所思地说，“但要是谁也不去看它的话，那些物体就会表现得乖乖的吗？我是说，表现出我们习惯的正常行为？”

“要是谁也不去看它的话，”教授回答，“那谁也不知道它们表现如何，所以从物理学的角度来说，你的问题毫无意义。”

“呃，这样啊，”汤普金斯先生有些语塞，“简直复杂得像哲学一样！”

“你大可以说它是哲学，只要你高兴，”——教授显然遭到了冒犯——“但事实上，这是现代物理学的基本原则——绝不要讨论你不知道的事儿。所有现代物理理论都基于这条原则，尽管哲学家常常忽略这一点。比如说，德国著名哲学家康德花了很多时间思索物质的特性，他想弄明白的不是物质‘看起来的样子’，而是‘它的本性’。但对现代物理学家来说，只有所谓的‘可观察量’（这个词儿主要指的是我们能观察到的特性）才有意义，可观察量的相互关系构成了整个现代物理学的基础。不可观察的事物只适合散漫的冥想——你大可以自由发挥，随意发明创造，却不可能检验它的存在，更不可能设法利用它。我得说……”

就在这时候，震耳欲聋的吼声在他们耳边炸响，三人乘坐的大象惊得跳了起来，汤普金斯先生险些被掀了下去。一大群老虎同时从四面八方扑向他们的大象，理查德爵士抓起步枪拉上枪栓，瞄准了离他最近的那头老虎的眉心。下一刻，汤普金斯先生听到他像所有猎手一样喃喃咒骂着扣下了扳机，子弹正中老虎眉心，但那头猛兽却毫发无损。

“继续开枪！”教授大喊，“尽量分散火力，别管准头！老虎实际上只有一头，但它弥散地分布在我们的大象周围，我们只能寄希望于汉密尔顿。”

教授抓起另一支步枪，密集的枪声夹杂着量子老虎的咆哮，汤普金斯先生觉得这简直是一场没完没了的噩梦。仿佛过了永远那么长的时间，周围突然安静下来。一颗子弹“正中靶心”，他惊讶地看到，占满周围所有空间的无数头老虎突然变成了一头，它的尸体在空中划出一道弧线，无力地坠向远处的棕榈丛后面。

“你刚才说的汉密尔顿是谁？”等到事情结束以后，汤普金斯先生问道，“难道是某位伟大的猎人，你希望他起死回生来拯救我们？”

“噢！”教授回答，“真抱歉。刚才的局势太紧张，我一激动就开始冒科学术语——你听不懂也很正常！汉密尔顿函数是一种描述两个物体量子互动关系的数学表达式。这个名字来自爱尔兰数学家汉密尔顿，他第一次运用了这种数学形式。我只是想说，我们每射出一颗量子子弹，这些子弹与老虎的身体发生互动的概率就会增加一点点。你看，在量子世界里，你不可能真正瞄准什么东西，自然也无法保证命中率。无论你怎么努力瞄准、射出多少子弹，最终击中目标的概率总是有限的，谁也没有百分之百的把握。比如说，刚才我们至少射出了三十颗子弹才终于击中了那头老虎，然后我们看到，子弹作用于老虎的力如此强大，推得它的尸体远远地飞了出去。我们原来那个世界里也会发生类似的事情，但尺度比这小得多。正如我之前说过的，在我们那个正常的世界里，你只有在电子这样微小的粒子身上才能观察到比较明显的量子效应。你可能听说过，每个原子都由一个相对较重的原子核和若干个绕核旋转的电子组成。起初人们认为，电子围绕原子核运动的方式类似行星围绕太阳公转，但进一步的分析表明，对于原子内部结构这么一套尺度极小的系统来说，传统的运动概念实在太粗糙了。对这种尺度的系统而言，基本的量子作用至关重要，我们对运动的认识也由此得到了极大的拓展。从很多方面来说，电子围绕原子核运动的方式都和刚才那头老虎十分相似——它看起来仿佛填满了大象周围的所有空间。”

“那有人会向电子开枪吗？就像刚才我们朝老虎开枪一样？”汤普金斯先生问道。

“噢，当然，有时候原子核本身会释放出能量极高的光量子，或者说光的基本作用单元。你还可以用光束从原子外部轰击电子。接下来发生的事情也和刚才那头老虎一样：许多光量子会穿过电子散布的区域，不对它造成任何影响；直到最后，终于有一个光量子与电子发生互动，将它轰到了原子外面。量子系统中不存在所谓‘微妙的互动’，两个物体要么互不干涉，要么产生极大的变化。”

“就像量子世界里的猫咪永远得不到爱抚，倒是很可能被折断脖子。”汤普金斯先生总结道。

“看！是瞪羚，好多瞪羚！”理查德爵士举枪大喊。事实上，的确有一大群瞪羚从竹林里钻了出来。

“这群瞪羚简直训练有素。”汤普金斯先生想道，“它们跑得那么整齐，就像阅兵队列里的士兵。我很好奇，难道这也是某种量子效应？”

瞪羚群正在快速逼近他们的大象，理查德爵士正准备开枪，但教授拦住了他。

“别浪费子弹了，”他说，“你基本不可能击中以衍射图样移动的一头动物。”

“你说什么？‘一头’动物？”理查德爵士惊讶地问道，“这群瞪羚至少有好几十头！”

“噢，不是的！这里只有一头小瞪羚，它现在吓得丢了魂，所以才会从竹林里跑出来。现在它呈现出一种‘弥散’的状态，就像光一样；弥散的瞪羚穿过一排豁口——也就是竹竿之间的空隙——形成衍射图样，你可能在学校里听说过这个术语。所以，我们现在讨论的是物质的波特性。”

但理查德爵士和汤普金斯先生都搞不懂神秘的“衍射”到底是什么意思，教授也没法再往下讲了。

三位旅行者继续深入这片量子大陆，途中他们又看到了很多有趣的东西，例如完全无法定位（因为它的质量很小）的量子蚊子和滑稽的量子猴子。现在出现在他们眼前的建筑群看起来像是土著的村庄。

“我不知道，”教授说，“这片区域里竟然有人居住。村里传来的声音告诉我，他们可能正在举行庆典。听，这铃声简直连绵不绝呢。”

一群土著正围着一大堆篝火跳舞，他们的舞步令人眼花缭乱，你很难清晰分辨出一个个单独的人影。人群中不断有棕色的手臂向上举起，大大小小的铃铛次第摇响。三位旅行者又往前走了几步，眼前的所有东西——包括小屋和周围的大树在内——开始弥散，铃声越来越响，吵得汤普金斯先生的耳朵都快聋了。他伸手抓住某样东西，然后把它扔了出去。闹钟击中了床头柜上的水杯，冰冷的水激得他立即清醒过来。他跳起来开始手忙脚乱地穿衣服。他必须在半小时内赶到银行。