23 魔砂（1）

    接着，又指着中间那个有两道缝隙的薄板说：“这就是一个用来遮挡粒子的挡板而已，用非常致密的金属制成，可以保证无论是光子还是电子都无法穿透它，只能从它上面开的那两道缝中间通过。而这块板，”她指着最后面的平板解释道，“是一个成像屏幕。如果我们用光子来做实验，那么它就是一张感光底片，当光子落在上面的某个点时，这里的感光材料将被曝光，然后由曝光前的黑色变成白色，于是底片上就留下了一个白点，显示出有一个光子从粒子源出发穿过挡板到达了这里。如果我们用电子来做实验，可以在底片上再涂一层荧光剂，当电子落在上面的某点时，这里的荧光剂分子会因为吸收了电子的能量而发出闪光，闪光又使得这里的感光材料曝光，于是我们事后仍可以通过看底片上曝光后变色的点知道来自粒子源的电子落到了哪个位置。

    为了排除不是来自粒子源的光子和电子以及外界对粒子施加的电磁场干扰我们的实验，很显然整个实验装置必须要放在完全密封不透任何光线并且能彻底屏蔽电磁场的高真空容器内，这样才可以确信落到成像屏幕上的粒子都是从粒子源出来的而且运动轨迹没有受来自外界的电磁场或其它粒子干扰。”

    “那么，从粒子源发出的粒子只有穿过挡板上的缝隙才能到达屏幕吧？屏幕上只有正对着挡板上的缝隙的位置才有粒子落上去吧？这不是很简单吗？”我觉得这个实验好像没什么意思。

    “对于宏观世界中的沙子来说，你所描述的情形是正确的；对于微观世界中的粒子来说，你想得确实是太简单了，微观粒子可不像沙子这么老实。”米西雅明显是不同意我的想法。

    “咦，难道微观粒子很狡猾吗？难道它们会跑到屏幕上不是正对缝隙的地方去吗？”我觉得不是一般的奇怪。

    “请稍等一下。”米西雅走出房间，到旁边那间堆满杂物的大船舱里去。不一会儿她拿着一块薄金属板回来了，蹲在厨房的一个水桶边，“来看看这个吧！”

    我好奇地过去，看见这块薄金属板上正好有两道平行的狭缝，米西雅把它竖着放进水桶中间，把水桶里的水面隔成两半，在其中一半用一根笔直的小圆木棍竖着插入水中有节奏地上下搅动水面，一圈圈波纹从小棍周围出现，向四面八方扩散开去。当它们遇到挡板时，大部分被反射了回来，但在挡板上的缝隙处，波纹穿过缝隙到达了桶里的另一半水面。

    “仔细看这里！”米西雅提醒道。

    从两道缝隙穿过的波纹在另一半水面相碰了，我发现在来自缝隙的两道波纹相遇的区域里，某些地方的波峰消失了，而某些地方的波峰却更高了。

    “你看到的这种现象叫做干涉，是波动所特有的一种性质。你看到某些地方的波动幅度减小到近乎消失，是因为波峰和波谷正好在这些地方相遇，介质的震动相互抵消。而那些波动幅度变得更大的地方，是因为波峰和波峰，波谷和波谷在那里相遇，介质的震动相互加强。”米西雅为我解释。

    “嗯，我看出来了。”我点点头。

    “不过要发生波的干涉现象，必须要满足两个条件：一是从两个波源发出的波必须具有相同的波长，二是从两个波源发出的波初始相位必须一致，物理学中把满足这两个条件的波源称为相干波源。在这个实验中，我是用一根棍子来制造水面的波动，然后利用带有两道宽度相同的平行狭缝的挡板把同一个波动分割成两道波，而且我搅动水面的位置到挡板上的两道缝的距离都是相等的，于是穿过狭缝的这两道波肯定就会具有相同的波长和相位了，所以它们可以发生干涉。”米西雅继续解释。

    “不过这跟你刚才要讲的粒子穿过挡板的过程有什么关系呢？难道……粒子也可以像水波一样干涉？”

    “没错！这就是微观粒子不同于宏观沙子的奇特之处，它们可以像波一样经过障碍物，可以发生干涉和衍射。”

    “这……这……怎么做得到？那粒子到底还是不是粒子啊？”微观世界的粒子果然大大超出了我的理解。

    “当然还是粒子。不过，当你一听到‘粒子’这个词的时候，你是不是头脑中首先浮现出一个非常小的小球，一个小小的颗粒？很遗憾地说，这种对微观粒子的想象并不符合事实。还记得我曾经说过，作为量子的基本粒子并不是一个个微小的小球，它们只是用来代表某种物理量的最小单位，不存在外形的概念吗？对于光子，我们只知道它是交变电磁场或电磁波不可分割的最小能量单位，没有真正意义上的确定的质量；而对于电子，我们只知道它是电荷量不可分割的最小单位，还有一点点确定的质量。除此之外，我们根本不知道这些粒子是什么样子的。不过，如果我们用技术手段来探测哪里有光子，我们一定会发现电磁波的最小能量单位离散地分布在某些空间点处；在探测电子时，也同样可以发现电荷量的最小单位离散地位于某些空间点上，这就是把它们称为‘粒子’的原因。”米西雅开始尝试改变我从宏观世界中的经验建立起来的对微观世界的认识。

    “虽然……没有形状，可是……可是……听你这么说，微观粒子还是某种离散的物理量，位于离散的空间位置呀！要是这样，它们怎么形成波呢？”我发现自己还是很难战胜长期以来从直观常识中建立起来的观念。

    “桶里的水也是一个个离散的水分子组成的，水的波动是大量水分子集体运动的结果。单个的电子和光子在空间中的运动，如果完全不受外界干预，就一定是完全随机的，你永远不可能知道它会跑到哪里去，当然也就看不出它的波动性。这些粒子表现出波动的性质，也是许多粒子共同呈现出来的结果，但与水波不同的是，这种波动并不是大量粒子同时一起运动形成的，而是一个个粒子的运动过程在时间上累加而成的！”

    米西雅很认真地讲解了一阵，发现我还是一脸茫然，于是站起来说道：“光是这样讲对你来说终究是很不直观，很难理解的，所以还是来看看真正的微观粒子穿过挡板是什么结果吧？”

    我也站起来，跟着米西雅一起回到里屋。