我們可不空

編譯 李威

如果我們把顯微鏡對(duì)準(zhǔn)人的手臂，然后不斷放大，就會(huì)看到細(xì)胞，接著看到細(xì)胞核，看到DNA鏈。然后，我們?cè)侔宴R頭聚焦在DNA鏈中的一個(gè)原子上，潛入一團(tuán)瘋狂的粒子云中，穿過(guò)它，就會(huì)進(jìn)入一片令人壓抑的黑暗。再然后，一個(gè)最初難以察覺(jué)的小點(diǎn)慢慢變大，最后才顯出真容，它就是原子核。講課老師告訴我們，原子核的大小只相當(dāng)于原子本身的幾萬(wàn)分之一。然后，他會(huì)給出一個(gè)頗有詩(shī)意的結(jié)論：我們是由無(wú)數(shù)“虛空”構(gòu)成的。

你在大眾科學(xué)作品中是不是經(jīng)?？吹交蛘咦x到類(lèi)似的情節(jié)？如果你和我一樣喜歡讀這類(lèi)作品，那么我確信你會(huì)給出肯定的答案。然而，這種說(shuō)法其實(shí)是錯(cuò)誤的。分子內(nèi)的原子核并不是什么微小的點(diǎn)，而且原子內(nèi)部也沒(méi)有什么空的地方。

原子空蕩蕩的概念很可能是大眾科學(xué)中最常出現(xiàn)的錯(cuò)誤。我們不清楚誰(shuí)是始作俑者，但可以肯定卡爾 ? 薩根（Carl Sagan）和他的經(jīng)典電視作品《宇宙》（Cosmos，1980）是這個(gè)錯(cuò)誤概念得以廣泛流傳的關(guān)鍵因素。薩根先是在節(jié)目中闡述了原子核相對(duì)原子是多么小，然后又總結(jié)說(shuō)，原子的大部分質(zhì)量都集中在原子核上，相較之下，電子就只是一團(tuán)團(tuán)不斷運(yùn)動(dòng)的絨毛。如此推算，原子中的大部分區(qū)域都是空的，于是，物質(zhì)主要也是由“空”構(gòu)成。

我至今仍記得，我在20世紀(jì)80年代還是個(gè)小孩時(shí)聽(tīng)到這番講解時(shí)的觸動(dòng)有多深。不過(guò)，如今，作為一位專(zhuān)業(yè)的理論化學(xué)家，我明白薩根的表述沒(méi)能體現(xiàn)原子和分子的一些基本特征。

可是，他的推演仍舊影響巨大。在準(zhǔn)備撰寫(xiě)這篇文章時(shí)，我在社交媒體上發(fā)起了一項(xiàng)投票，詢(xún)問(wèn)大家是否贊同薩根的上述說(shuō)法。結(jié)果，在全部180名投票者中，43%選擇了基本贊同，27%選擇了完全贊同。在線(xiàn)搜索一下“空曠的原子空間”，你會(huì)發(fā)現(xiàn)幾十篇文章、博文和視頻認(rèn)為原子中99.9%的空間是空的。當(dāng)然，公正地說(shuō)，你也能找到相當(dāng)數(shù)量的文章駁斥這一觀點(diǎn)。

我們現(xiàn)在常用量子理論描述涉及分子、原子和亞原子粒子的物理學(xué)。只要深入研讀量子理論，就能消除“原子空蕩蕩”的錯(cuò)誤觀念。根據(jù)量子理論，構(gòu)成物質(zhì)的基本磚塊——如電子、原子核以及它們形成的分子——可以用波或粒子來(lái)刻畫(huà)。讓這些粒子在沒(méi)有人為干擾的情況下自由演化，它們表現(xiàn)得就像是完全不局限于某個(gè)位置（去域化）且連續(xù)不斷的云。另一方面，當(dāng)我們嘗試觀測(cè)這些系統(tǒng)時(shí)，它們就轉(zhuǎn)而表現(xiàn)得像是固定在某些位置上的粒子，類(lèi)似經(jīng)典世界中的子彈。然而，要接受“原子核與電子以連續(xù)云的形式填充原子空間”的量子預(yù)測(cè)，代價(jià)是一個(gè)大膽的概念：這意味著，這些粒子不會(huì)振動(dòng)、自旋，也不會(huì)在原子周?chē)能壍郎线\(yùn)動(dòng)，相反，它們只是生活在一個(gè)時(shí)間偶爾才會(huì)發(fā)揮作用的靜止微觀世界中。

我們?cè)诿枋鰜喎肿邮澜鐣r(shí)遇到的大多數(shù)問(wèn)題，都是因?yàn)闊o(wú)法調(diào)和表現(xiàn)形式互相拮抗的波動(dòng)性與粒子性，最后只能退而求其次地使用存在矛盾的嵌合體，比如呈現(xiàn)粒子性質(zhì)的原子核周?chē)M繞著呈現(xiàn)波性質(zhì)的電子。這種畫(huà)面并沒(méi)有體現(xiàn)量子理論的預(yù)言。作為補(bǔ)償，我們?cè)趤喎肿映叨壬现貥?gòu)物質(zhì)概念時(shí)，應(yīng)該自洽地描述原子核與電子未被觀測(cè)時(shí)的表現(xiàn)——就像大家經(jīng)常說(shuō)的，森林里的樹(shù)倒下時(shí)，即便無(wú)人在旁，也會(huì)發(fā)出聲響。

那么，從量子理論出發(fā)，要如何思考物質(zhì)的基本構(gòu)成呢？你首先得牢記：分子是原子核與電子的一種穩(wěn)定集合。如果這個(gè)集合只含有一個(gè)原子核，那就稱(chēng)它為原子。電子則是一種帶負(fù)電荷也沒(méi)有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基本粒子。另一方面，每個(gè)原子核都是一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)，由幾個(gè)質(zhì)子和大致數(shù)量相同的中子構(gòu)成。無(wú)論是中子還是質(zhì)子，質(zhì)量都比電子大得多。質(zhì)子帶正電荷，且電荷量與電子攜帶的負(fù)電荷量相當(dāng)。而中子——就像它的名字暗示的那樣——是電中性的。一般來(lái)說(shuō)——但并不絕對(duì)——一個(gè)分子內(nèi)的總質(zhì)子數(shù)等于總電子數(shù)，于是，分子整體就呈電中性。

至于質(zhì)子和中子的內(nèi)部，那很可能是全宇宙中最復(fù)雜的地方。我喜歡把它們想象成一鍋由三種永久基本粒子（也就是“夸克”）構(gòu)成的沸騰熱湯，在這鍋熱湯里，無(wú)數(shù)虛夸克突然出現(xiàn)，然后幾乎又立刻消失。另一種成為“膠子”的基本粒子則把這份熱湯限制在一口半徑0.9 飛米的鍋內(nèi)。（飛米，符號(hào)fm，是一種衡量極微小系統(tǒng)的簡(jiǎn)便單位。1 飛米=10-15米，換句話(huà)說(shuō)，1 毫米中有1萬(wàn)億飛米。）

帶有同種電荷的粒子會(huì)互相排斥。因此，需要額外的相互作用才能讓質(zhì)子緊密地聚在原子核中。這種相互作用來(lái)自叫作“介子”的夸克與反夸克對(duì)。它們不斷從各個(gè)質(zhì)子和中子中溢出，然后被附近的同類(lèi)粒子吸收。這個(gè)轉(zhuǎn)移過(guò)程中交換的能量大到足以補(bǔ)償質(zhì)子與質(zhì)子之間的電斥力，從而將質(zhì)子與中子結(jié)合在一起，同時(shí)儲(chǔ)存可在核裂變過(guò)程中釋放出來(lái)的海量能量。

然而，介子的壽命極短，這限制了質(zhì)子與中子間的距離，因此，原子核的半徑只能在1～10 飛米范圍內(nèi)。因此，從粒子角度看，相比原子，原子核確實(shí)小得多。舉個(gè)例子，一個(gè)氮原子核由7個(gè)質(zhì)子和7個(gè)中子構(gòu)成，半徑大約3 飛米。作為對(duì)比，氮原子的半徑是179 000 飛米。在原子和分子尺度上，原子核不過(guò)是質(zhì)量較大的點(diǎn)狀正電荷，沒(méi)有明顯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。電子也是如此，它們只是質(zhì)量較小的點(diǎn)狀負(fù)電荷。

如果原子和分子真的只是點(diǎn)狀粒子的集合，那它們內(nèi)部的大部分區(qū)域的確是空的。然而，在原子和分子尺度上，必須用量子理論描述它們的性質(zhì)。而量子理論預(yù)言，在測(cè)量擾動(dòng)粒子之前，它們的波動(dòng)性占據(jù)主導(dǎo)地位。也就是說(shuō)，與經(jīng)典世界空曠空間中具有確定位置的子彈不同，量子世界中的物質(zhì)沒(méi)有確定位置，而是成為連續(xù)的量子云。

從本質(zhì)上說(shuō)，物質(zhì)都是量子。因此，分子并不是按經(jīng)典物理學(xué)法則組合起來(lái)的。原子核與電子之間的經(jīng)典電相互作用并不足以解釋穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)。按照經(jīng)典物理學(xué)理論，由于帶相反電荷的物質(zhì)會(huì)互相吸引，帶負(fù)電荷的電子會(huì)很快螺旋式墜入帶正電荷的原子核中，并且牢牢粘在上面。最后形成的這種粒子不會(huì)分離出任何凈電荷，分子也就無(wú)法形成。

好在，兩種量子特性避免了這種慘淡的命運(yùn)。

第一種特性源于海森堡不確定性原理。這個(gè)原理告訴我們，量子粒子不可能在擁有精確位置的同時(shí)速度為零。這意味著，電子不可能粘在原子核上，否則這兩種粒子的位置都確定了且互相靜止，從而違背了量子世界的中心法則——海森堡不確定性原理。

第二種特性則是泡利不相容原理。物質(zhì)由兩類(lèi)基本粒子構(gòu)成，一類(lèi)叫作“玻色子”，另一類(lèi)叫作“費(fèi)米子”。質(zhì)子內(nèi)的膠子就是玻色子?？梢杂袩o(wú)數(shù)多個(gè)玻色子同時(shí)擁有同一位置。另一方面，費(fèi)米子——比如電子、夸克、質(zhì)子和中子——?jiǎng)t要遵守嚴(yán)格得多的泡利不相容原理。這個(gè)原理告訴我們：不存在可以同時(shí)占據(jù)同一空間且具有相同自旋（一種量子屬性，類(lèi)似經(jīng)典粒子繞軸旋轉(zhuǎn)）的完全相同的費(fèi)米子。

量子理論中的宗師級(jí)方程——薛定諤方程——囊括了上述所有效應(yīng)。這個(gè)方程預(yù)言，實(shí)際上，我們前面提到的點(diǎn)狀原子核與電子表現(xiàn)得都像波。為了滿(mǎn)足海森堡不確定性原理，它們不再局限于具體位置，而是表現(xiàn)為比粒子模式下的尺寸大得多的連續(xù)量子云。同時(shí)，為了滿(mǎn)足泡利不相容原理，每個(gè)電子還會(huì)變成不同的云。粒子越輕，這種“去域”現(xiàn)象就越明顯。因此，單個(gè)電子的量子云就可以擴(kuò)散到多個(gè)原子核周?chē)?，形成化學(xué)鍵并起到穩(wěn)定分子結(jié)構(gòu)的作用。

以圖1展示的氨分子（NH3）為例，中間的黑色小斑點(diǎn)就是氮原子核的云，3個(gè)較大的淺色泡泡就是質(zhì)子（氫原子核）的云。氨分子中總共包含的10個(gè)電子則去域化，形成龐大的亮色量子云，將整個(gè)分子結(jié)合到一起。

粒子角度下的氮原子核半徑為3飛米。然而，在氨分子中，氮原子核半徑因?yàn)槿ビ蜃饔谩芭蛎洝钡健按T大”的3 000飛米。氫原子核的去域作用就更強(qiáng)了。它們的半徑從粒子角度下的0.9飛米“膨脹”到大約23 000飛米，看上去就是一團(tuán)云。不過(guò)，拔得頭籌的還是電子。由于電子質(zhì)量很小，它們從粒子角度下相比原子核毫不起眼的大小“膨脹”到了決定分子大小的龐大量子云。

然而，原子核與電子并不是原子巨人。如果我們測(cè)量氮原子核（比如朝氮原子核發(fā)射快速電子，然后觀察電子反彈回來(lái)的情況），量子云就會(huì)立刻坍縮成粒子視角下的3飛米。電子的情況也一樣。

實(shí)際上，量子理論規(guī)定了粒子波動(dòng)性與粒子性之間的精確關(guān)系。波角度下的量子云在數(shù)學(xué)上由波函數(shù)描述，而波函數(shù)本質(zhì)上就是一個(gè)賦予空間中每個(gè)點(diǎn)強(qiáng)度并且解釋這種強(qiáng)度如何隨時(shí)間變化的方程。波函數(shù)與描述經(jīng)典世界聲波或水波的數(shù)學(xué)函數(shù)類(lèi)似，但有一大特殊之處：波函數(shù)要用到虛數(shù)，虛數(shù)的平方是負(fù)數(shù)。

波函數(shù)模的平方（一種總是能產(chǎn)生正數(shù)的數(shù)學(xué)操作）給出了我們嘗試觀測(cè)粒子后在空間中各個(gè)點(diǎn)找到該粒子的概率。量子云密度越高，在那里觀測(cè)到粒子的概率就越高。因此，如果我們測(cè)量看起來(lái)更像是點(diǎn)而非云的氮原子核，可以確定它在去域后的氮原子核量子云區(qū)域（圖1中部的黑色斑點(diǎn)）內(nèi)的某處。

不過(guò)，用概率來(lái)解釋量子云并不只是意味著我們對(duì)這個(gè)系統(tǒng)缺少認(rèn)識(shí)。如果我把鑰匙放到外套兩個(gè)口袋中的一個(gè)，但不記得是哪個(gè)了，那么我寫(xiě)下的概率函數(shù)就是每個(gè)口袋概率值都為50%，但房間中其他所有地點(diǎn)的概率值均為零。這個(gè)概率函數(shù)顯然不是指我的鑰匙去域化（或者說(shuō)形象點(diǎn)，“膨脹”）到了外套兩個(gè)口袋中。它只是說(shuō)明了我的粗心大意，并且可以通過(guò)檢查外套口袋輕松解決這個(gè)問(wèn)題。

在量子世界中，波函數(shù)并不僅僅意味著我們?nèi)鄙傧嚓P(guān)認(rèn)識(shí)。去域系統(tǒng)——比如原子核與電子的量子云——會(huì)引起定域粒子無(wú)法解釋的現(xiàn)象。構(gòu)成分子的化學(xué)鍵就是電子去域作用的一個(gè)直接例子。至于原子核的去域作用，主要效應(yīng)之一就是增大了氫原子核（質(zhì)子）從一個(gè)分子流向附近另一個(gè)分子的概率。這種質(zhì)子轉(zhuǎn)移作用具有顯著生物學(xué)效應(yīng)，例如：對(duì)于某些酶來(lái)說(shuō)，相比氫原子核粒子角度下的酸度，波動(dòng)角度下的酸性更強(qiáng)。

大眾科學(xué)和化學(xué)中經(jīng)常提到電子云，但原子核的去域化常常被解釋為振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。然而，這些只是拿經(jīng)典世界中的現(xiàn)象作類(lèi)比——雖然的確有用。從量子角度以及概念一致的角度出發(fā)，我們應(yīng)該像描述電子一樣將原子核描述成量子云。

還有一個(gè)錯(cuò)誤概念沒(méi)有解釋?zhuān)涸涌帐幨帲且驗(yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量都在原子核上。原子質(zhì)量確實(shí)高度定域化。在氨分子中，82%的質(zhì)量集中在圖1中代表氮原子核的黑色斑點(diǎn)區(qū)域。如果我們把3朵代表質(zhì)子的淺色量子云也考慮在內(nèi)，那么它們的總質(zhì)量占到氨分子全部質(zhì)量的99.97%。因此，代表電子的龐大亮色量子云質(zhì)量其實(shí)僅占0.03%。

可是，為什么要把質(zhì)量集中與“原子空蕩蕩”的概念畫(huà)等號(hào)？這兩者之間的錯(cuò)誤聯(lián)系源于一個(gè)錯(cuò)誤觀點(diǎn)：質(zhì)量是填充空間的物質(zhì)的屬性。然而，這個(gè)概念根本經(jīng)不起深究，即便在我們?nèi)祟?lèi)尺度的世界中也是如此。當(dāng)我們把東西一個(gè)疊一個(gè)堆在一起時(shí)，讓它們彼此分離的不是它們的質(zhì)量，而是它們互相接觸的分子最外層電子之間的電斥力。（由于海森堡不確定性原理和泡利不相容原理的限制，電子在壓力下不會(huì)坍縮。）因此，最終填充空間的是電子的電荷。

也就是說(shuō)，在原子和分子內(nèi)部，電子無(wú)處不在！看看圖1中的亮色量子云吧，它們?cè)谡麄€(gè)分子中彌漫，占據(jù)了所有體積。因此，當(dāng)我們看到原子和分子充斥著電子時(shí)，唯一合理的結(jié)論是，它們內(nèi)部到處都是物質(zhì)，而不是空空如也。

盡管如此，所有學(xué)習(xí)化學(xué)課程的人都很有可能會(huì)遇到圍繞在原子核周?chē)碾娮託訄D。這類(lèi)圖的特點(diǎn)是：一層層電子殼層以原子核為中心，彼此分開(kāi)，中間空空蕩蕩。這類(lèi)圖表現(xiàn)了物理現(xiàn)實(shí)的想法則是第三種常見(jiàn)錯(cuò)誤概念。實(shí)際上，電子根本不是沿著這些殼層圍繞原子核運(yùn)動(dòng)。

在原子和分子中，電子具備的能量必然是特定幾個(gè)數(shù)值中的一個(gè)，每種能量對(duì)應(yīng)特定的量子云形狀。我們用只有一個(gè)電子的原子來(lái)舉例。當(dāng)電子的能量是所有可能選擇中最低的時(shí)——也即電子處于最低能級(jí)——它就會(huì)去域化成為一片球形量子云，在原子中心處密度最高，越往外密度越低。描述這類(lèi)云的單電子波函數(shù)叫作“軌道”。

當(dāng)電子處于更高能級(jí)時(shí)，單電子去域化形成的量子云形狀更為復(fù)雜，有些是互相嵌套的球形，有些像多個(gè)氣泡，有些甚至像是甜甜圈。人們?cè)谡劶霸雍头肿訒r(shí)，常常把電子描述成在原子核周?chē)鷣y轉(zhuǎn)最后變成一片模模糊糊的云的微小粒子，但事實(shí)并非如此。另外，電子既不是在軌道內(nèi)，也不是占據(jù)軌道。電子就是軌道本身。電子、軌道都是去域化的量子云。

至于院子內(nèi)有多個(gè)電子的情況——大眾科學(xué)一直對(duì)此諱莫如深——事情就變得復(fù)雜得多了。這也不足為奇。因?yàn)榧幢闶菍?zhuān)業(yè)的理論化學(xué)家也不怎么愿意描述這種情況——雖然他們?cè)陬A(yù)測(cè)多電子系統(tǒng)性質(zhì)方面能力非凡。

化學(xué)術(shù)語(yǔ)中充斥著各種蹩腳的類(lèi)比和描述，就像不合身的衣物一樣。化學(xué)家有時(shí)會(huì)稱(chēng)電子占據(jù)了某根軌道，聽(tīng)上去就像是軌道預(yù)先存在，電子是后來(lái)放上去的一樣。另外，化學(xué)家還常常畫(huà)一種圖：軌道用短水平線(xiàn)表示，電子用垂直方向上的小箭頭表示且畫(huà)在那些水平線(xiàn)上，就像是貨架上的商品一樣。所有這些語(yǔ)言和視覺(jué)上的比喻都無(wú)法傳達(dá)量子理論對(duì)于原子和分子的闡述。

在處理多電子系統(tǒng)（囊括了幾乎所有種類(lèi)的分子）時(shí)，量子理論不再區(qū)分每個(gè)電子，而是用一個(gè)波函數(shù)、一朵量子云描述電子的整體狀況。不過(guò)，單電子軌道仍舊是一種有效近似，化學(xué)家經(jīng)常用來(lái)推演化學(xué)反應(yīng)。多電子波函數(shù)類(lèi)似多個(gè)單電子云在體積（決定分子大?。﹥?nèi)重疊部分的組合。它們互相接觸，然后重新組合成新的形狀，一些電子云膨脹，另一些收縮。它們不斷傾斜、伸展、扭曲，直到能“舒適”地適應(yīng)、占據(jù)所有可用空間，看上去就像一個(gè)亂放著許多襪子的抽屜。

分子是沒(méi)有任何內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的靜態(tài)物體。在分子內(nèi)部，所有原子核與電子的量子云能量確定、保持絕對(duì)靜止。時(shí)間無(wú)關(guān)緊要。量子理論沒(méi)有預(yù)測(cè)原子核振動(dòng)，也沒(méi)有預(yù)測(cè)電子的軌道運(yùn)動(dòng)和自旋。這些動(dòng)力學(xué)特征只是對(duì)粒子內(nèi)凜量子屬性的經(jīng)典類(lèi)比。就拿“角動(dòng)量”這個(gè)概念來(lái)說(shuō)，它在經(jīng)典物理學(xué)中定量描述了物體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，而在波函數(shù)中則體現(xiàn)為量子云斑塊。斑塊越大，角動(dòng)量越大，但實(shí)際上并沒(méi)有任何物質(zhì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

不過(guò)，當(dāng)一個(gè)分子與另一個(gè)分子相撞，觸發(fā)化學(xué)反應(yīng)時(shí)，時(shí)間就會(huì)發(fā)揮作用。屆時(shí)，一場(chǎng)風(fēng)暴降臨。當(dāng)電子云的一部分從一個(gè)分子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)分子時(shí)，量子穩(wěn)定性不復(fù)存在。這些量子云互相混合、重塑、合并、分裂。原子核的量子云也會(huì)自我重構(gòu)，有時(shí)甚至?xí)囊粋€(gè)分子遷移到另一個(gè)分子，以便安置到新的電子位形中。在不到1皮秒（1皮秒等于10-12秒，或者說(shuō)1毫秒的十億分之一）的時(shí)間內(nèi)，一片狂風(fēng)驟雨，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生翻天覆地的變化，然后又在新形成的化合物內(nèi)歸于平靜。

在卡米耶 ? 弗拉馬里翁（Camile Flammarion）的版畫(huà)（圖2）中，地球邊緣的一個(gè)人鼓起勇氣看向蒼穹之外，發(fā)現(xiàn)了云控制天空的奇妙機(jī)制。實(shí)際上，這個(gè)畫(huà)面放在分子上也同樣成立。如果觀測(cè)者不會(huì)對(duì)分子產(chǎn)生任何擾動(dòng)，他會(huì)發(fā)現(xiàn)，原子核與電子是一團(tuán)團(tuán)宏偉、穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)清晰的封閉云，正是這些云驅(qū)動(dòng)著我們所知道的物質(zhì)的各個(gè)方面。

我之所以要批判“原子內(nèi)部空蕩蕩”的敘事模式，并不是為了抹黑大家向公眾描述原子和分子的努力。恰恰相反，我為他們?cè)谶@項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)上的努力鼓掌喝彩。我們共同的語(yǔ)言、直覺(jué)乃至基本的邏輯推理過(guò)程都不適合處理量子理論。量子，這個(gè)陌生而奇特的世界擁有太多我們無(wú)法理解的奇異性質(zhì)。

我們不理解的實(shí)在是太多了。直到現(xiàn)在，我們?nèi)栽趯W(xué)習(xí)如何調(diào)和物質(zhì)的波粒二象性。我們甚至不知道波函數(shù)是不是客觀現(xiàn)實(shí)。面對(duì)量子理論的諸多潛在解釋?zhuān)覀兊拇竽X不夠用了，甚至許多杰出科學(xué)家都放棄了在量子理論上達(dá)成科學(xué)共識(shí)的想法。于是，我們對(duì)量子理論從概念構(gòu)建到實(shí)際預(yù)測(cè)中涉及的各種糟糕把戲都視而不見(jiàn)。

我們可以遵從不那么令人滿(mǎn)意的“閉嘴，算就好了！”的態(tài)度。畢竟，這種態(tài)度一直與越發(fā)奇怪的量子理論預(yù)言相伴?？烧橇孔永碚撟屵^(guò)去100年中從激光到微處理器的各種重大技術(shù)進(jìn)步成為可能。然而，我們并不僅僅滿(mǎn)足于得到有用的預(yù)言。我們的終極目標(biāo)是認(rèn)識(shí)宇宙的運(yùn)作機(jī)制。因此，我們確實(shí)會(huì)“算”，但肯定不會(huì)“閉嘴”。一代又一代科學(xué)家和科普工作者用通俗易懂的比喻解釋仍舊充滿(mǎn)神秘的量子理論的上述所有怪異之處。我們一步一步地在腦海中繪制量子世界的新圖像，在這里或那里摔倒總是難免的。

我在本文中對(duì)量子分子世界的描述建立在相當(dāng)安全的理論基礎(chǔ)上。它所仰仗的量子理論領(lǐng)域得到了諸多專(zhuān)家高度一致的認(rèn)可，同時(shí)也是諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主弗蘭克 ? 維爾切克（Frank Wilczek）所說(shuō)“核心理論”的中心——核心理論是一種物理學(xué)框架，描述了基本粒子及其相互作用以及阿爾伯特?愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論。物理學(xué)家對(duì)核心理論的穩(wěn)定性信心滿(mǎn)滿(mǎn)，他們認(rèn)為，無(wú)論未來(lái)發(fā)展出了何種關(guān)于物質(zhì)的新理論，核心理論都仍然成立。

帶著這樣的自信意識(shí)到我們并不是由“虛空”構(gòu)成，確實(shí)令人心情舒暢。

資料來(lái)源Aeon