你茫然地注视着那块俗气的冰箱贴已经够久了。你摇摇头，伸手打开冰箱，取出在冰箱贴吸引你进入诡异世界之前就急切想要拿出的牛奶。

你走回放着咖啡杯的桌子，正准备倒入牛奶时，看到了放在一边的金块，你停了下来。

你早先看到的金原子或者冰箱贴表面那些摇摆着的原子到底是些什么？它们就像小圆球吗？还是立方体？那些从电磁场中生成的虚拟光珠所相互作用的电荷到底又是些什么东西？还有我所说的它们都是一些场，这到底是什么意思？

或许你早已料到，这些问题又一下子将你变成缩微版的自己，漂浮在厨房中间，任何你所熟悉的物件都远得无法看见，而自己正好奇地看着早先被单独拿出来的金原子，想搞清楚它到底由什么构成。

但第一个迎接你的东西不是金原子。而是宇宙中最小的原子，构成了宇宙所有已知物质74%的原子：氢原子。像太阳那样的恒星们在自己的内核中将这种原子聚合成更大的原子，并释放出这个反应的副产品——闪光。

公平地说，你没看到什么。

你面前有东西，这是肯定的，但你很难确定这东西到底在哪里，更不要说是什么了。你试图聚起你那微小眼睛所具有的所有视力仔细看去，但依然没有用处。所以，你决定不要看，而是试图感觉它，以瑜伽的方式。

难以置信，这个方法管用。

你的眼睛闭着，但你能够感知一幅画面。

无处不在的电磁场中有一种波正泛起涟漪……一种围绕着一个球状物体摇摆的波……这是一个中空的球体，或者不如说是中空的一团……事实上好像也不是真正的波……但它感觉上就是一个球，不对，一团像耳垂似的东西，有着非常快速移动的波纹……速度很接近于光速，所以它看到的世界的形变一定非常厉害，更不要说它的时间流逝与你的时间之间的差异了。但它似乎并没有集中在某个特别的位置……好吧，让我们坦率地说，你不知道自己描绘的是什么，但这个球状或耳垂状或不知道是什么的快速运动的东西的确带有电荷。你能在电磁场的背景中感觉到它，就像那时候你感觉到迎面而来的冰箱贴一样。

这就是原子吗？你依然凝聚着的注意力意识到还有一些别的……深深地埋藏在下面的东西，与运动着的波浪所占据的体积相比，这个东西体积很小，但它坚固有力，能够限制住你所感觉到的移动电荷无法逃脱。

你意识到，氢原子有一个核心，核心外面是一个移动着的电荷。宇宙里所有的原子都有着这样的结构：不同大小的内核被一个或多个电荷波围绕。

科学家们称这个内核为“原子核”，那个模糊的带电荷运动着的波为“电子”。

这是一幅令人疑惑的图像。

电子看起来并不像你想象的是一个微小的小点。

为了确定自己没有搞错，你从瑜伽模式中醒来，睁开眼睛。出乎你的意料，摇摆着的波突然消失了，变成了另外一个样子，那种看起来很像粒子的东西。

好。

与这个电子完全相同的电子们以不同的数目存在于宇宙里所有的原子之中。它们是我们电器与磁性设备的基础，没有它们，就没有计算机、洗衣机、手机、灯泡……任何东西。我们所有的能源与通信工具都依赖它们而存在。

慢慢地，非常缓慢地，你伸出自己一只已经缩微了的手，想抓住这颗电子，凑近些去研究。

奇怪的是，电子很难抓到。每一次你微小的眼睛看清了它的位置，它就开始乱动，看上去就像你每次想要确定它位置的行动本身就会让它以无法预测的方式改变自己的轨迹。

这并不是你的想象力试图与你开玩笑。

这是一个真实的现象。这是许多发生在量子世界而不是由水晶花瓶或咖啡杯所构成的日常世界中的真实现象之一。

我们眼里的大自然在根本上是不确定的，你刚才看到的就是它的一个表现。你将在本书第六部分中更深入地了解这点，但你现在就已经能够感觉到量子世界所发生的怪事了。你想要做的，就是真正抓住这颗电子——让它说话。没错。不管是不是缩微版的你，在这里，你只是纯粹的意识而已，可以做一切你想做的事。如果一颗小小的电子就能打败你，该是多么没劲，所以……跳！比你想的更快，你微小的眼睛瞥见了它，就在那里，右边，你猛扑过去。就在那里了，在你的右手中，你紧紧握住的右手中。电子就在你的手心里摇摆，感觉上就像一只以接近光速飞行的蝴蝶在你的掌心里扇动翅膀。你开始握紧你的手指。电子是带有电荷的微粒，它通过电磁场中出现的虚拟光珠与你微小手掌中也带有电荷的微粒相互作用。

你握紧、握紧、再握紧，想要把它禁锢在那最小的牢笼里，让它平静下来……突然间，你感觉不到它了。它消失不见了。

你打开拳头。

没有电子。

你完全肯定自己微小的手指间没有任何空隙，但是，它还是跳走了。你什么都没感觉到。它穿过你跳走，却没有碰到你。

它又回到你抓走它的地方，围绕在那看不见的氢原子内核周围。

真没礼貌。

但它是如何做到的？电子怎么能不接触你而离开你的掌心？原来，它在你的手里挖了地道。它跳跃出去了。打破纪录的跳跃。量子跃迁。这是只有在亚原子世界才会发生的现象，在我们生活的巨大尺度，如厨房、花瓶、飞机等构成的日常世界中不存在。或许有人这么想。

你至今还尚未有机会分析一个电子，但显然你已至少了解到它的诡异特性之一：它能够自顾自地随意跳跃。这个现象本身被称为“量子隧穿”或“量子跃迁”，而且不仅仅是电子，你在量子世界见到的所有粒子都能量子跃迁或隧穿，与电子一样。

说了那么多，让我们暂停一会儿，先来回顾一下术语。

当科学家们发现新东西时，需要给它取个名字。对于微观、量子世界，他们通常这样构词——在“量子”后面加上另一个词，很多时候后面那个词是我们平常使用的普通词语。这里，我们用了“隧穿”，或“跃迁”，或“世界”，所有这些词，意思都很明白，也表达了其所指称的意思。而“量子”一词则表达了一种警告。“量子”表示有一些奇怪的含义在里面。在刚才这个例子中，量子隧穿的奇怪之处在于：电子的确用隧穿的方式运动……但实际上没有什么隧道存在。

量子跃迁几乎不会发生在人类尺度上，但如果假想一下它们能够在你的生活中发生，想象你回到从前，当你还是孩子的时候，就在这间厨房里，你父亲让你收拾桌子，但已经很晚了，你忽然觉得方圆一百公里之内的所有空气都压在自己瘦弱的肩膀上，你嘟哝了几句谁都听不清的话，就像小熊崽的低吼。什么都没发生，桌子还在那里。

你坐在地板上，满心绝望。来了。你突然发现自己来到餐厅，与厨房一墙之隔，边上就是桌子和所有东西，所有餐具、盘子杯子之类，它们都隧穿或跳跃或以别的什么词来形容的方式进入了洗碗机。这听起来就像童话或电影《欢乐满人间》中的场景，不过公平地说，真要是在宏观世界发生量子跃迁，你就无法控制餐具、盘子、杯子会跳到哪里，那么几乎没有可能它们会老老实实跳进洗碗机里，而且你的父亲大概要把所有东西重新买一遍，因为你根本找不到它们了。

听起来很奇怪，不是吗？

那就是量子隧穿。如果量子规律能够在我们的尺度上发生，墙壁和门以及私密性都将不复存在。幸运的是，或者说神秘的是，它们不能。

因为量子隧穿效应，在微观世界中几乎所有东西都能穿过任何阻碍。为什么可以如此？我们的理解是它们能够从它们所属的量子场中——它们游泳其中的海洋里，那个充满了时空的每个角落的海洋——借到能量。不管想借多少都行。这可是多少运动员的梦想啊。

但那还是没告诉你电子到底长啥样，我最好还是老实说：在这个问题上那个缩微版的你可能要面对一点点的失望。没有可能描述一个电子的样子，因为这是由它所属的量子场所决定的。

电磁场无处不在，宇宙中的每一颗电子不仅属于其中，而且还与任何另一颗电子一模一样，无论那颗电子位于何处，处于何时。你可以任意交换两个电子，宇宙都不会有一丝一毫的改变。因为这个原因，也因为它们所表现的量子场，电子无法按照我们形容宏观物体的方式来形容。它们属于场的一部分。它们是场的一部分，就像巨大海洋里的一滴水，或者夜晚空气里的一阵风，你无法确切定位或分离那滴水或那阵风。只要你没有盯着它看，那滴水和那阵风就像是海洋本身，或者空气的流动。它们会混入一个比自身大很多的实体之中，它们没有个体自我这个概念。

在量子世界中，只要你开始观察，电子就变成具有某些特性的粒子，就像从海洋中取出的水滴，但它们的特性却又与你以前见过的东西都不一样。它们的行为超出你的预期——或者至少超出我们的感官依据我们在日常生活中的经验所预期的。

如果你知道电子在哪里，你就不可能知道它移动的速度：它的速度变得无法预测。这就是为什么你难以发现那个氢原子边上的电子。每次你看到它，它就开始胡乱移动，无法追踪，从你的视线中消失。

同样，如果你知道电子所带有的能量，你就不可能知道它能维持这种能量多久。

能量与时间，位置与速度，在量子世界的场中并不是互相独立的概念。在本书第六部分中你会了解更多，而现在，既然缩微版的你正第一次游历量子世界，你可以把它当成一次警告（或者剧透）。缩微版的你应该全盘接受，就像一个第一次发现世界的幼童：不带任何偏见。位置与速度无法同时知道？行。规则就是这样。量子规律允许幽灵般的跃迁和隧穿？好吧。随它。对于这一切，未来可能会有解释，也可能没有。

话虽然这么说，这个量子隧穿我第一次听到时也觉得是天方夜谭。有人告诉我，爱因斯坦有一次上完一堂量子物理学课时曾经对他的学生们说过：“如果你们理解了我所要告诉你们的事，那么显然我没有讲清楚。”所以如果你也觉得这些东西完全就像胡扯，很正常。大自然并不会生气。它只是在那里等着我们去发现，仅此而已。但这真的是真的吗？

好吧，有些人很看重量子隧穿，还想替它找到实际应用。难以置信的是，他们成功了。

大约三十年前，德国物理学家格尔德·宾宁(Gerd Binnig)与瑞士物理学家海因里希·罗雷尔(Heinrich Rohrer)都在IBM的苏黎世分部工作，他们相信自己可以利用量子隧穿效应来扫描极小尺度上的物体表面，以观察该表面到底是什么样子。他们相信量子隧穿能让他们看到原子本身。

在正常情况下，如果没有别的更好去处，电子不会离开自己的原子瞎逛。在正常情况下，如果的确有地方可以去，那个地方也应该离原先的原子很近，不然它们也去不了。除非它们可以利用量子的力量隧穿过空间并越过阻碍。

宾宁和罗雷尔将一根极细的比针尖还尖的针连接到电流仪上扫描物体表面，却不让针尖碰到表面。针尖距离物体表面距离较远，他们不应该探测到任何信号，因为针尖与表面的距离已经超过了电子所能正常穿越的距离。

但他们的确探测到了电流，它们来自电子的跃迁。当针尖离材料表面的原子越近，它能探测到的跃迁就越多，电流也就越强。他们将这些电流标记成表，得到一个3D的表面图，在原子水平上，有着极为丰富的细节。他们造了一台显微镜，现在被称为“隧道扫描显微镜”。这台显微镜能够看到原子本身。它的精确度让人吃惊——介于氢原子直径的1%与10%之间。换句话说，如果氢原子有脚，隧道扫描显微镜能数出脚的个数，甚至脚趾的数目。

就像你在自家厨房里发现的金原子，在十年前就已被这种方式扫描过。今天隧道扫描显微镜被用来显示不同的原子如何混合在一起构成我们周围的各种物质，以及以前无法想象的人造物质。有了这种显微镜，工程师们具备了移动单个特定原子的能力。量子隧穿是真实的，并且已经有了实际应用。

因为成功设计了这种工具，宾宁和罗雷尔被授予一九八六年的诺贝尔物理学奖。

那些电子环绕在宇宙中所有原子的周围，它们都与你想抓住的那个长得一模一样。它们都很狡猾。尽管我们无法用我们日常生活中的语言来形容它们到底长什么样子，科学家们还是学会了接受它们奇特的行事方式。

发展至今的科学认为，电子并不由比它更小的粒子构成。与原子不同，它们没法再切开、分裂或打破。它们是电磁场的产物，是电磁场的一种表现。

因为电子就是自己本身，除了自己什么都不是，是电磁场最基础最本质的表现之一，所以它们被称为基本粒子。

与之相对比，早先出现在冰箱贴与冰箱之间从被压扁的命运中将你拯救出来的那些稍纵即逝的光珠，被称为虚拟粒子，这些虚拟粒子是各种作用力载流子。它们存在的意义就是为了携带电磁力，让它作用于带电荷或磁荷的粒子之间。

原子由更小的构件（如电子和那些构成原子核的东西）所构成，它们不是基本粒子，但它们由许多基本粒子构成。

电子并不是只通过虚光子与其他世界发生联系。它们也涉及实光子，那些你的眼睛能够看到的光线。物质与光的游戏让我们能够看到世界。

今天我们认为，实光子与电子一样，都是电磁场的基本表现，不由任何其他东西构成：它们是一个不可见海洋中纯粹的涟漪，而且是量子涟漪，意味着它们既能像波一样活动，也能像粒子一样活动。

一些光子正从你的氢原子身边冲刷而过。它们走了很久才到达这里。它们花了大约一百万年才挣扎着从太阳内核聚变处走到了太阳表面，那是大约八分半钟以前的事，在那里，它们终于获得了解放，毫无阻挡地穿过外太空，没有任何物质拦截它们，它们快速前行，以光速穿越了分隔太阳的狂暴表面与地球的一亿五千万公里的距离。它们有那么多地方可以去，却在一秒钟的很小一个分隔中撞入了地球的大气，再一路冲下来，到达……你的厨房窗口。从那里，已经没有什么能够阻挡它们。它们穿过窗子，掠过你的氢原子。

缩微版的你看着它们互相踩踏着涌入厨房，希望能看到它们撞到你的原子。但是它们都飞过你的原子撞到厨房的墙上。

只有一个除外。那个光子不见了。

消失了。

它去哪儿了？

你环顾四周，惊讶不已，最后你留意到你的氢原子外围那个捉摸不定的电子摇摆得不一样了。作为包围原子核的波，它的相邻波峰间距离变短了。

怎么会这样？

它被激发了。

它吞下了光子。

记得前些时候，在本书第二部分我们第一次看到的这个奇怪现象吗？当时我们正在确认宇宙第一原则。

但现在发生了一些更有趣的事情：过了一小会儿，那个电子突然以随机的方向分裂出一个光子，这个光子与刚才自己吞掉的那个消失的光子完全一样。

你花了一点时间思考，得出了唯一可能的结论：电磁场最出名的两种基本粒子，也就是电子和光子，可以也的确发生了相互作用。电子与光子可以互相转化。

你又思索了几分钟，意识到自己实际上早就知道这一点：当你沐浴在太阳光下时，不是能够感觉到温暖吗？面对冬天壁炉里熊熊燃烧的木头，你的皮肤不是会觉得发热吗？你的皮肤与世界上所有的物质一样，都由原子构成。这些原子的外层充满了电子。当来自太阳的光线照到你的皮肤，皮肤上的原子及其电子们会捕获一些光子，从而进入激发状态。在激发状态下，电子们摇摆得更快，于是产生了你身体所享受（或痛苦）的热量。

这是一个很惊人的发现，所以我再次重复：物质与光可以也的确在互相转化。

在我们这个世界，所有一切都是物质与光的游戏。

但不止于此。

1. 这里说的“快速运动”甚至具有相对论性，也就是说运动的速度相当接近光速。​​​​​

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2. 你可能想知道，虚光子——那些携带电磁力的光珠——不带任何电荷，所以它们不是造成这种效应的原因。​​​​​

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3. 那年他们与另一位德国物理学家恩斯特·鲁斯卡(Ernst Ruska)分享了诺贝尔物理学奖，鲁斯卡建造了电子显微镜。一九八六年是显微镜之年。​​​​​

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