物理世界奇遇记(中小学科普经典阅读书系)

量子丛林 汤普金斯先生从各个不同角度打量着大象。这是一种非常漂亮的大型动物，但它的行为与他在动物园里看到的大象的行为并没有什么明显的区别。他转向教授，说：“您说这是一头量子大象，但在我看来，它和普通的大象没什么两样，也不像某些同类的长牙做成的台球那样古怪。为什么它不向四面八方弥散呢？” “你的理解能力特别差，”教授说，“这是因为它的质量非常大。我之前告诉过你，所有的位置和速度的测不准性都取决于质量；质量越大，测不准性越小。这就是为什么在普通的世界中，即使是像尘埃这样轻的物体，也观察不到量子定律的原因，而对比它们轻数十亿倍的电子来说，量子定律变得非常重要。现在，在量子丛林中，量子常数相当大，但仍然不足以对大象这样重的动物的行为产生惊人的影响。量子大象位置的测不准性只能通过仔细观察它的轮廓来发现。你可能已经注意到，它的皮肤表面不是很明确，似乎有点模糊。随着时间的流逝，这种测不准性会非常缓慢地增加，我认为这就是当地传说的起源——来自量子丛林的非常古老的大象拥有长长的毛。但我预计，所有较小的动物都会显示出非常显著的量子效应。” “我们这次不是骑马远行，”汤普金斯先生心想，“这不是很好吗？如果真是这样，我可能永远也不会知道我的马是在我的膝盖之间，还是在下一个山谷里。” 当教授和理查德爵士拿着来复枪爬进绑在大象背上的篮子里之后，汤普金斯先生一只手抓着棍子，以新的驯象员的身份骑在大象的脖子上，他们开始向神秘的丛林进发。 城里的人告诉他们到达那里大约需要一个小时，汤普金斯先生正努力在大象的两只耳朵之间保持平衡，他决定利用这个时间向教授学习更多关于量子现象的知识。 “请您告诉我，”他转向教授，问道，“为什么小质量的物体会表现得如此古怪？而您一直在谈论的这个量子常数的意义是什么呢？” “哦，这并不难理解，”教授说，“你在量子世界中观察到的所有物体的有趣行为仅仅是因为你正在观察它们。” “它们这么害羞吗？”汤普金斯先生笑了。 “‘害羞’这个词不合适，”教授忧郁地说，“关键是，无论如何，在对运动做任何观察时，你必然会干扰这个运动。事实上，如果你对一个物体的运动有所了解，这就意味着这个运动的物体对你的感官或你正在使用的设备产生了某种作用。由于作用和反作用是相等的，我们必须得出这样的结论：你的测量仪器也作用在了物体上，也就是说，‘破坏’了它的运动，给它的位置和速度带来了测不准性。” “好吧，”汤普金斯先生说，“如果我在台球室里用手指碰了碰那个台球，我肯定会打扰它的运动。但我只是看着它，这会打扰它吗？” “当然会。你无法在黑暗中看到球，但如果你打开灯，球反射的光线就会使它能够被看见，并且作用在球上。我们称其为光压，这会‘破坏’球的运动。” “可是，假如我用的是非常精密而灵敏的仪器，难道我不能使仪器对运动物体的作用小到可以忽略不计吗？” “这正是我们在量子效应被发现之前，在古典物理学中所认为的。在20世纪初，很明显，对任何物体的作用都不能低于一个叫作量子常数的极限，它通常用符号“h”表示。在普通的世界里，量子效应是非常小的。在惯常单位中，它是用小数点后27个0的数字来表示的，它只对像电子这样轻的粒子很重要，因为它们的质量很小，它们会受到极小作用的影响。但在我们正在接近的量子丛林中，量子效应是非常大的。这是一个粗暴的世界，不可能采取任何温和的行动。在这样一个世界里，如果有人想要抚摸一只小猫，它要么什么也感觉不到，要么它的脖子就会被**次的爱抚折断。” ……