如果你不能轻松地接受这个无序的提案——为了描述单个亚原子粒子在下一刻的状态,我们必须用无数块小钟充满整个宇宙,别担心,大多数人都和你一样。在试图揭开量子理论的面纱并诠释它的内在机理的过程中,所有人都困惑不解。尼尔斯·玻尔有句名言写道[76]:“一个人若开始时不为量子理论感到惊骇,他绝不可能理解了它。”理查德·费曼在《费曼物理学讲义》第三卷的引言[77]中也提道:“我想我可以放心地说,没有人懂量子力学。”幸好,按照法则去操作,远比试着去想象这些法则究竟为何意要简单得多。小心翼翼地将一些特定假设及其后果贯彻到底,而不过度思考其哲学蕴涵,是物理学者最重要的技能之一。这完全是传承海森伯的精神:定好初始假设,然后计算推论。如果得到的预言和实际观测一致,则这个理论就可以接受。
很多问题都非常艰深,不能顿悟;而深刻的理解也绝少出现在“尤里卡时刻”[78]。解决之道在于,确保理解每一小步,这样经过足够多步骤,就应该能看到更大的图景。若非如此,我们就会想到,之前的方向不对,必须从头开始。上一章以来的每一小步都不困难;但放下单块钟面,并在下一瞬间把它变成无穷多,这确实是个刁钻的概念,如果想把它们都画出来就更难了。正如伍迪·艾伦所说,永久是很长的一段时间,特别是快到尽头的时候。笔者的建议是,不要惊慌,不要放弃,以及任何时候,无穷都只是细枝末节。下一个任务是建立一套法则,告诉我们在放好粒子后的某时刻,这些钟看起来该是什么样子。
我们探寻的这条法则是量子力学的实质性法则;尽管当考虑宇宙中存在多于一个粒子时,还得加上第二条法则。但是事有先后,现在还是先关注宇宙中只有单个粒子的情形,这样就没人能怪我们猴急。假设在某一瞬间我们知道粒子的确切位置,就可以用一块孤立的钟来表示它。具体的目标是,找到一条规则,告诉我们遍布宇宙的每一块新钟,在未来的任意时刻是什么样子。
我们先不加说明地阐明清楚这条规则。几段之后会说明它们何以如此,但现在我们暂时只把它们当作既定的游戏规则。规则是:假设粒子被放下时是0时刻。在未来的t时刻,一块与初始的钟保持x间距的钟,其指针会逆时针转动正比于x2的角度[79];这个角度还正比于粒子的质量m,并反比于时刻t。用符号表示,这就是说钟指针逆时针转动的角度正比于mx2/t[80]。换句话说,这意味着粒子质量越大,或者距起始位置越远,其转动角度就越大;而时间间隔越大,转动角度就越小。这是一种算法,也可以说是配方,告诉我们给定一系列钟后,如何算出它们在未来某刻的样子。在宇宙中的每一点,我们都画一块新钟,指针转过的角度按照这条规则得出。这就满足了我们的主张,粒子可以也确实会从初始位置跃至宇宙中其他所有地方,并在此过程中产生新的钟。
为了简化讨论,我们想象在一开始时只有一块钟。当然,有可能在初始时刻已经有很多钟,这表示粒子并不位于一个确切的位置。如何找到处理一大批钟的方法呢?答案是对每一块钟都重复只有一块钟时的操作,并把结果加起来。图4.2展示了这个想法。初始的一系列钟由小圆圈表示,而箭头表示粒子从每个初始的钟跳到位置X,在此过程中“累积”出一块新钟。当然,每个初始的钟都会向X递去一块钟,而我们必须把这所有的钟面加起来,最终确切地构造出位于X的钟。这块钟指针的长度透露出之后在X处找到粒子的概率。
图4.2:钟的跳跃。圆圈代表粒子在某时刻的位置;我们要在每个点上都放一块钟。为计算在X处找到粒子的概率,我们要允许粒子从所有的初始位置跳到那里。箭头代表了这种跳跃中的一部分。线的形状并无含义,当然这也不代表粒子是沿着某条轨迹从初始的钟运动到X。
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