量子（quantum）这个词令人大惑不解而又回味无穷。它既可以是证明科学之伟大的直接证据，也可以是人类深陷在怪诞的亚原子领域泥沼时直觉边界的象征，这取决于你的观点如何。对于物理学者来说，量子力学是支持我们理解自然世界的三根砥柱之一，另外两根是爱因斯坦的狭义和广义相对论（SpecialandGeneralRelativity）。爱因斯坦的理论分别处理了时间和空间的性质，以及引力问题，而量子力学处理剩下的一切问题。可以说，无论它是叫人大惑不解还是回味无穷，都无关紧要；量子力学只是一套描述事物行为的物理理论。从这一务实的角度看，它的精确性和解释力都相当出色。现代量子理论中最古老也是最明晰的实验便是通过观测电子在磁铁附近的行为来完成量子电动力学测试（quantumelectrodynamics）。理论物理学者辛勤工作多年，想要以纸、笔和电脑来预测实验结果；实验物理学者设计并操作了精密的实验，都是为了揭示大自然更深的奥秘。双方各自得出了精确的结果；他们的准确程度相当于测量从英国曼彻斯特到美国纽约的距离，并将误差控制在几厘米之内。测试结果的非同寻常之处在于测量和计算的结果殊途同归，实验学者和理论学者独立得到的结果竟然严丝合缝。
这个巧合着实令人动容，也十分玄妙；但如果你认为量子理论就只着眼于对事物缩影的描摹，那人们对此大惊小怪并不理解也是正常的。虽然科学本身不以实用为目的，但很多革命性的技术和社会变化都出自单纯渴望理解世界的当代探索者之手。在各科学领域中，追本溯源的发现之旅带来了人类预期寿命的延长、洲际航空旅行、现代电子通信、免于躬耕的自由，以及面对无垠星海的激扬、谦冲和自知之明。但从某种意义上来说，这些都只是副产品。探索是因为好奇，而不只是为了实现真实的宏大图景，或者研发更好的器物。
量子理论可能是既玄妙虚无又卓有成效的最佳范例。说玄妙虚无，是因为在它的世界中，粒子可以同时出现在多个地方，在从一处运动到另一处的同时穷尽整个宇宙。说卓有成效，是因为只要理解这一宇宙中最小构件的行为，就能理解剩下的一切。这种说法近乎傲慢，因为世界充满繁芜庞杂的现象。虽说有这种复杂性，但我们还是发现，万物都由一些微小粒子构成，它们的运动遵循量子理论的法则。这里最神秘莫测的是，事物的根本性质并不需要由一整个图书馆的书籍来解释。这些法则非常简单，可以在一个信封的背面概括完毕。
我们愈是了解世界的本性，它看上去似乎愈简洁。万事俱备后，本书会解释，万物的基本法则是什么，以及前述的微小构件如何共同构成世界。但是，为避免我们在直面宇宙深层的简洁时感到无所适从，这里需要提醒一句：虽然游戏的基本规则很简单，其推论却不易得出。我们的日常经验由数万亿的原子共同控制，试图从第一性原理（firstpriciple）中推导出植物甚至人的行为，无疑是痴人说梦。但承认这个困难并不会削弱重点——所有现象确实都由描述微小粒子的量子物理学所决定。
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