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物理世界奇遇记_(美)乔治·伽莫夫著;阳曦译(14 真空中的洞) 第(1/4)页

女士们,先生们:

今晚我希望各位格外用心,因为今天我们要讨论的问题特别困难,但同时也十分迷人。我想和大家聊聊一种名叫“正电子”的新粒子,它的特性非常奇妙。值得一提的是,早在这种新粒子真正被发现的几年前,科学家就从纯理论的角度预测了它的存在;而且我们之所以能找到这种粒子,很大程度上应该归功于科学家对其主要特性的理论预测。

做出这一预测的荣耀属于英国物理学家保罗·狄拉克,你应该听过他的名字。狄拉克基于理论推出的结果实在过于奇怪和异想天开,所以很长一段时间里,大部分物理学家拒绝相信这个结果。狄拉克理论的基本理念可以简单归纳成一句话:“空旷的空间中应该有洞。”我看到了,你们都很惊讶;呃,狄拉克第一次抛出这个惊世骇俗的观点时,全世界的物理学家也很惊讶。空旷的空间里怎么可能有洞?听起来简直毫无道理。但是,如果我们假设所谓的真空其实并不完全是空的,事实上,狄拉克理论的主要观点就包含了这个假设:所谓的空旷空间,或者说真空,实际上包含着大量排列得非常整齐的普通负电子。不用说,这个古老的假设绝不是狄拉克凭空幻想出来的,而是与普通负电子有关的某些理论或多或少地迫使他朝着这个方向思考。事实上,根据现有理论,我们必然得出一个结果:除了原子内部的运动量子态以外,纯粹的真空中也存在无数种特殊的“负量子态”;这样一来,除非有人能阻止电子奔向这些“更舒服的”运动状态,否则它们必然抛弃原子——我们可以这样说——融入真空。那么要阻止电子奔向更舒服的地方,唯一的方式是让其他电子(还记得泡利的理论吧)提前“占据”这些位置;考虑到这一点,我们必须相信,真空中的所有量子态必然已经被均匀分布的无数电子填满了。

我的话听起来可能有点儿像咒语,也许你们听得一头雾水,但这个话题真的很难,我只能希望,如果你专心听讲,那么到了最后,你对狄拉克的理论应该多少有些了解。

呃,无论如何,狄拉克得出结论,真空中充满了均匀分布、密度极高的电子。如果真是这样,我们为什么完全没有注意到这些电子的存在,反而以为真空是彻底空旷的空间呢?

将自己想象成深海里的一条鱼,你可能更容易理解这个问题的答案。如果深海鱼有足够的智力,它会意识到自己周围全都是水吗?

听到这段话,汤普金斯先生终于醒了过来——讲座刚开场他就已经睡着了。现在他似乎成了一名渔夫,他感觉到了海边清新的微风和蓝色海浪温柔的起伏。不过,尽管汤普金斯先生是个游泳高手,但他也没法停留在海面上;他的身体开始越来越深地沉向海底。奇怪的是,他完全感觉不到缺氧,也没有任何不适。也许这是某种特殊的返祖变异,他暗自想道。

古生物学家说,生命起源于海洋;鱼类中最早踏上陆地的先行者是所谓的肺鱼,它们爬上海滩,用鳍行走。生物学家认为,这些最早的肺鱼——包括澳大利亚的“昆士兰肺鱼”,非洲的“非洲肺鱼”和南美洲的“美洲肺鱼”——慢慢进化成了老鼠、猫和人类这样的陆生动物。不过,历经了陆地生活的无数艰辛以后,也有一些动物——例如鲸和海豚——选择回归大海。它们保留了在陆地上辛苦习得的部分特性,也保留了哺乳的习性,雌性的水生哺乳动物在自己体内孕育幼崽,而不是直接在水中产卵,然后再由雄性授精。匈牙利著名科学家利奥·西拉德[8](LeoSzilard)甚至说过,海豚比人类还要聪明。

海洋深处传来的谈话声打断了他的思绪,说话的是一头海豚和一名典型的人类,汤普金斯先生一眼就认了出来(他见过这位先生的照片),这个人正是剑桥大学的物理学家保罗·阿德里安·莫里斯·狄拉克。


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