第二章

故事真正開(kāi)始于1973年的冬天。我住在以色列的一個(gè)基布茲，那是一個(gè)集體農(nóng)場(chǎng)，位于耶路撒冷附近的丘陵地帶。我留著及肩長(zhǎng)發(fā)，雖然內(nèi)心向往和平，卻因?yàn)橐粓?chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)——也就是以開(kāi)戰(zhàn)當(dāng)天節(jié)日命名的贖罪日戰(zhàn)爭(zhēng)（Yom Kippur War）——趕赴那里。盡管我到達(dá)時(shí)，大部分戰(zhàn)事都已經(jīng)結(jié)束了，但是余溫仍未散去。軍隊(duì)依然在頻繁調(diào)動(dòng)。這導(dǎo)致了嚴(yán)重的勞動(dòng)力短缺，于是我在大學(xué)二年級(jí)中途請(qǐng)假前去支援。

那年我二十歲，認(rèn)為自己已經(jīng)長(zhǎng)大成熟。但是，骨子里我還是一個(gè)受人引導(dǎo)、照顧和保護(hù)的孩子。在基布茲的那段時(shí)間，我經(jīng)歷了許多人生的第一次——第一次出國(guó)，第一次和農(nóng)場(chǎng)的動(dòng)物相處，第一次在炮彈轟炸時(shí)躲進(jìn)防空洞避難。那也是我第一次在沒(méi)有音響、電視、電話(huà)、室內(nèi)浴室這類(lèi)我們認(rèn)為理所應(yīng)當(dāng)?shù)谋憷O(shè)施的地方生活。

我們晚間幾乎無(wú)事可做，只能和其他志愿者聊天觀(guān)星，或者光臨基布茲的小“圖書(shū)館”，那里有幾十本英文書(shū)。其中有一些物理書(shū)顯然是某個(gè)基布茲當(dāng)?shù)厝司栀?zèng)的，他曾在美國(guó)上過(guò)大學(xué)。當(dāng)時(shí)我主修化學(xué)和數(shù)學(xué)的雙學(xué)位，認(rèn)識(shí)我的人都以為有一天我會(huì)成為某所重點(diǎn)大學(xué)的化學(xué)教授。我的學(xué)業(yè)成績(jī)一向很好，人們很早就知道我熱愛(ài)化學(xué)和數(shù)學(xué)這兩門(mén)專(zhuān)業(yè)。高中時(shí)期的“高等”物理課枯燥乏味。我不像其他人那樣對(duì)艾薩克·牛頓頂禮膜拜——誰(shuí)會(huì)對(duì)滾下斜面的小球速度或者從二樓落下物體的受力興奮不已呢？那與我在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室制作帶煙花的火箭，或者在數(shù)學(xué)課上對(duì)彎曲的空間浮想聯(lián)翩，根本不能相提并論。盡管如此，考慮到眼前的選擇有限，我最終還是翻開(kāi)了那些物理書(shū)。

其中有一本平裝書(shū)名為《物理之美》（The Character of Physical Law），作者理查德·費(fèi)曼我隱約有所耳聞。這本書(shū)是他在20世紀(jì)60 年代講課的記錄。我翻看了起來(lái)。這本書(shū)在沒(méi)有運(yùn)用任何數(shù)學(xué)方法的情況下，解釋了現(xiàn)代物理學(xué)的原理，特別是量子理論。

量子理論并非真正的專(zhuān)門(mén)理論，而是一種理論類(lèi)型。它包括任何基于“量子假設(shè)”的理論，是馬克斯·普朗克（Max Planck）在1900年提出來(lái)的，它說(shuō)明某些物理量（例如你的能量）只能呈現(xiàn)特定的離散值（和經(jīng)典物理量均為連續(xù)不間斷的相悖）。例如，在地球表面給定任一高度，你都具有重力勢(shì)能。它表示當(dāng)你從這個(gè)高度墜落時(shí)（不計(jì)空氣阻力）撞擊地面的能量。在量子引力理論中，你的“重力勢(shì)能”不可能為某個(gè)特定的值，而是一系列離散的能量，甚至可能存在一個(gè)最小的能量。在最近一次中子實(shí)驗(yàn)中，我們測(cè)得這個(gè)最小能量所對(duì)應(yīng)的高度大約為萬(wàn)分之五英寸①。如果你的尺子只有普通的精度，那么你將難以測(cè)出這個(gè)極限值。然而，當(dāng)你的研究對(duì)象是中子、原子核或者原子時(shí)，量子效應(yīng)是非常重要的。

不包含普朗克量子假說(shuō)的理論被稱(chēng)為經(jīng)典理論。顯然，在1900年以前，所有的物理學(xué)理論都屬于經(jīng)典理論。經(jīng)典理論適用于大多數(shù)情況，涉及原子量級(jí)或者更小尺度上表現(xiàn)的細(xì)微差別除外。然而，這些卻是未來(lái)百年里大多數(shù)物理學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。

在20世紀(jì)的頭幾十年里，物理學(xué)家們一直在研究普朗克量子假說(shuō)的推論。其中之一就是著名的測(cè)不準(zhǔn)原理（Uncertainty Principle），它指出我們實(shí)際上不可能同時(shí)確定某兩個(gè)物理量。例如，如果你精確地測(cè)出某個(gè)物體的位置，那么就無(wú)法非常準(zhǔn)確地得知它的速度。不過(guò)，對(duì)于我們?nèi)粘Ｉ钪幸?jiàn)到的大型物體，這些限制并不明顯，只是對(duì)于組成原子的粒子來(lái)說(shuō)，它們就會(huì)產(chǎn)生巨大的差異。

量子理論的另一個(gè)推論就是物理學(xué)家所說(shuō)的“波粒二象性”，也就是說(shuō)，在某些情況下，電子這類(lèi)粒子會(huì)表現(xiàn)出波的性質(zhì)，而某些能量波又會(huì)呈現(xiàn)出粒子的特性。例如，如果你向墻上的一條小縫發(fā)射一系列電子，那么當(dāng)它們通過(guò)縫隙時(shí)，就會(huì)像水波穿過(guò)小孔一樣，以環(huán)形的方式擴(kuò)散開(kāi)來(lái)。如果讓它們通過(guò)墻上的兩條小縫，就會(huì)看到類(lèi)似于兩列水波相遇時(shí)產(chǎn)生的干涉條紋。像波一樣的電子是向空間擴(kuò)散的電子，它的行為就好像是某種充斥各處的介質(zhì)受到了激發(fā)，而不是一個(gè)離散的物體。另一方面，波粒二象性還告訴我們，在某些情況下，能量波會(huì)表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)。光就是這樣一個(gè)例子。我們已經(jīng)知道，長(zhǎng)久以來(lái)光一直被當(dāng)作一種波。例如，它穿過(guò)透鏡時(shí)所產(chǎn)生的折射現(xiàn)象，或者穿過(guò)棱鏡時(shí)色散的方式。但是，它也可以表現(xiàn)得像一個(gè)粒子，一個(gè)離散的局部物體，我們稱(chēng)之為光子。光的這一性質(zhì)其實(shí)是理解光電效應(yīng)的關(guān)鍵，所謂光電效應(yīng)，是指某些金屬在受到光子撞擊后發(fā)射出一個(gè)電子的現(xiàn)象。愛(ài)因斯坦是第一個(gè)將量子假說(shuō)納入基本物理定律的人，他在1905年的一篇著名論文中用這些術(shù)語(yǔ)解釋了光電效應(yīng)的某些神秘性質(zhì)。（讓他在1921年獲得諾貝爾獎(jiǎng)的正是這項(xiàng)研究，而不是極具爭(zhēng)議的相對(duì)論。）

如今，我們不但擁有融合了量子理論的舊的經(jīng)典理論（例如量子電動(dòng)力學(xué)），而且還有新的量子理論，甚至涉及在普朗克時(shí)代都不為人知的力（例如量子色動(dòng)力學(xué)）。但是，量子化趨勢(shì)中存在一個(gè)例外：引力理論。沒(méi)有人知道該如何將量子假說(shuō)融入愛(ài)因斯坦的引力理論（即廣義相對(duì)論）當(dāng)中。

量子力學(xué)促成了一個(gè)令人心馳神往的世界。我理所當(dāng)然對(duì)它感到好奇，卻總感覺(jué)課本上的介紹既枯燥又過(guò)于專(zhuān)業(yè)。然而在費(fèi)曼筆下，它卻變得奇妙而頗具魅力。我被深深地吸引住了。我還想再多讀一些。

那里還收藏了費(fèi)曼的另外三本著作——三卷《費(fèi)曼物理學(xué)講義》（The Feynman Lectures on Physics），源自他在加州理工學(xué)院研討課程上的講稿。書(shū)中還附有一張作者的照片——一個(gè)愉快地敲著邦戈鼓的家伙。那些書(shū)和我曾經(jīng)讀過(guò)的所有教科書(shū)都不一樣。它們非常親切；也很有趣；感覺(jué)就好像費(fèi)曼正在房間里對(duì)你講話(huà)。他在討論力學(xué)時(shí)不光提及了牛頓，還有《淘氣阿丹》（Dennis the Menace）。在氣體分子運(yùn)動(dòng)論的章節(jié)中，他竟然問(wèn)出“我們?yōu)槭裁捶堑矛F(xiàn)在討論這個(gè)話(huà)題”這種問(wèn)題。關(guān)于光的章節(jié)中，他甚至提到“有一些關(guān)于蜜蜂視覺(jué)的非常有趣的發(fā)現(xiàn)”這樣的題外話(huà)。但是，費(fèi)曼不僅讓物理學(xué)聽(tīng)起來(lái)很迷人，而且還令它顯得十分重要，即使他從來(lái)沒(méi)有這樣強(qiáng)調(diào)過(guò)。仿佛只要一個(gè)物理學(xué)家具有見(jiàn)解，他就可以單槍匹馬地改變世界以及人們看待世界的方式。在我開(kāi)著拖拉機(jī)運(yùn)送雞蛋、放?；蛘咴诠矎N房里削土豆時(shí)，我會(huì)不知不覺(jué)地思考費(fèi)曼書(shū)中的問(wèn)題。

那年夏天，當(dāng)我重返芝加哥的家時(shí)，就下定決心要學(xué)習(xí)物理。

鑒于《物理之美》對(duì)我產(chǎn)生了如此重大的影響，基布茲當(dāng)?shù)厝送馕矣靡粭l舊的藍(lán)色牛仔褲換走了這本書(shū)。在書(shū)中結(jié)尾的部分，我勾出了這樣一段話(huà)：“生活在一個(gè)仍然能有所發(fā)現(xiàn)的時(shí)代是非常幸運(yùn)的。就像發(fā)現(xiàn)美洲大陸一樣，這樣的機(jī)會(huì)只有一次。在這個(gè)時(shí)代，我們還在不斷地發(fā)現(xiàn)自然的基本規(guī)律，而這樣的日子過(guò)去就永遠(yuǎn)不會(huì)再來(lái)了?！蔽野底韵露Q心，總有一天，我也會(huì)有所發(fā)現(xiàn)?？傆幸惶欤乙?jiàn)到這位費(fèi)曼教授。

①1英寸約為2.54厘米?！g者注