24 魔砂（2）

结果一样很不理想。”米西雅接下来的话却让我失望，“在实验中，他们发现每一个电子每次仍然像宏观的砂粒一样只能穿过两道缝隙的其中一道，从来没有像宏观的波动那样同时穿过两道缝。更不可思议的是，就在他们探测到每个电子每一次经过的是哪一道缝隙时，落到底片上的电子位置竟然还是会变得杂乱无章，形不成干涉条纹！但只要把挡板上的电流互感器拿掉，换张新的底片然后再重做一次实验，底片上的干涉条纹又出现了！”

    我彻底无语。要知道在这个实验中已经避免了对电子的一切接触啊！这种实验结果简直就是证明了电子是一种有感觉有思想并且很狡猾的智慧生物！它们不仅对我们在做什么了如指掌，而且知道当我们在做什么时自己应该怎么做，知道在我们面前该如何表现！

    难道每一个微观粒子真的都是一个小得看不见的小精灵？

    “客观地说，那些科学家想出的这种测量方法对于由同时运动的大量电子组成的宏观电流来说是一种非常棒的无懈可击的测量方法，但对于单个的电子来说影响还是太大了。你可能以为没有任何东西碰到电子，所以电子的运动就应该不受影响，可是电子从互感器中经过的这一过程是要消耗能量的，能量少了，动量也会跟着变，电子的状态还是被不知不觉地改变了！”米西雅打断了我的胡思乱想，开始解释这个实验结果，“电流互感器要输出电压脉冲，线圈里必须要有磁场脉冲进入，线圈两端的电压是由磁场的变化按照电磁感应的规律产生的感应电动势，它的能量来自磁场的能量。而磁场又是由电荷的运动产生的，磁场的能量来自电荷运动的能量。当我们测量并记录互感器线圈两端的电压时，我们消耗了线圈中的感应电动势能量，按照这条能量的等价转换链，我们最终消耗的是运动电荷的能量！这里的运动电荷当然就是穿过互感器的电子，所以我们的测量手段看似没有接触电子，实际上是要消耗电子能量的。而这一过程消耗的能量虽然对宏观电流来说完全可以忽略不计，对单个的电子来说却大得可以彻底改变它的状态！在不受任何外界相互作用影响的绝对自由状态下，一个以速度v运动的电子相当于波长为λ= h/mv的波动，其中m是电子的质量，h是宇宙中的最小作用量单位[1]，是个与任何因素无关的常数。当电子失去能量后，速度就慢下来了，于是它的波长λ显然就变长了，也就是说，当一个电子穿过带有电流互感器的缝隙后，它的波长就明显的变得比没有穿过缝隙或缝隙上没有电流互感器时长了。而且，因为微观世界的一切最重要的本质特性就是随机——运动完全随机，相互作用完全随机，所以每一次每一个电子穿过电流互感器所消耗的能量大小也是完全随机的，根本不可能完全一样。至于电子所对应的波动的相位就更敏感了，无论多么微小的直接或间接相互作用都可以改变它，而且改变的大小同样是随机的。也就是说，来自同一个粒子源的每个电子每一次穿过缝隙后的波长和相位不但会面目全非，而且还会变得各不相同。而波发生干涉的条件是来自两个波源的波动波长和初始相位必须要一样，所以这样一来穿过缝隙后的任何一个电子都不再满足发生干涉的条件了，底片上的干涉条纹当然也就消失了。”

    虽然米西雅讲得很慢，可是我要想理解这么复杂的问题还是非常吃力，反复思考了十分钟以后总算是基本上明白了为什么挡板缝隙上的电流互感器可以破坏掉底片上的电子干涉条纹。不过，之所以会出现这种情况，是因为电子带有电荷，而这种测量电子经过了哪道缝的方法是根据电磁感应的原理设计的，虽然没碰到电子，但测量时吸走了电子的能量，所以改变了电子的状态。如果用不带电荷的粒子来做实验，有没有类似的办法来探测粒子的行踪呢？如果有，可不可以设法避免对粒子的类似影响呢？

    我提出了自己的想法，米西雅回答：“很遗憾，无论用哪一种粒子来做实验，无论用什么技术手段来探测粒子的路径，都不可能避免对粒子的干扰。只要探测到粒子过了哪一道缝，就足以让成像底片上的干涉条纹消失；而只要维持干涉条纹的存在，就无法获得任何关于粒子方位路径的信息。因为，宇宙中任何相互作用所交换的能量也是离散的，不能小于6.62606896×10^-34焦耳这个不可分割的最小单位值，而只能是这个数的整数倍。如果我们对粒子进行探测时要获得任何有意义的结果，我们的探测仪器一定从粒子身上吸走了不小于6.62606896×10^-34焦耳的能量或者对粒子施加了不小于6.62606896×10^-34焦耳的能量，否则我们即使在进行探测，也根本不知道粒子在哪里或者不在哪里，等于什么信息也没有获得。这个数正是宇宙最小作用量单位h的值，也是宇宙中传递1比特信息必须消耗的最小能量值。虽然对宏观物体来说这么小的能量实在是微不足道，但对电子和光子这些微小的粒子来说就很可观了，损失或增加这么多的能量足以让它们的运动状态完全改变。所以，不影响粒子状态的探测方法根本就不存在，因为无论什么探测方法都不可能让探测仪器和粒子之间交换的能量小于6.62606896×10^-34焦耳这个极限！”

    原来相互作用中的能量交换也是离散的，正是这种离散阻止了我们探测微观粒子的准确状态！

    可是，当我们不去探测粒子的时候，它们为什么会变成波呢？照这样说，不管在什么地方用什么方法，只要探测到了粒子的位置，粒子就肯定是小颗粒的样子，只有不去探测它们的时候它们才是波，那这种波岂不是永远也看不见吗？波状的粒子又有什么意义呢？

    “在那个世界里，‘微观粒子既是小颗粒又是波动’这种观念的确立其实是个不得已的结果，因为找不到更好的解释。那个世界的绝大多数科学家除了接受粒子随着人为的探测方法不同而呈现出颗粒和波这两种截然不同的形态这个实验现象以外，所做的只是为描述微观粒子的两种不同形态建立了两种精确的数学模型，对于真正从现象背后的本质上统一两种形态，他们至今并没有取得什么真正的进展。通过我刚才的演示和讲解以及你自己的思考，你可能注意到了，底片上的干涉条纹是由大量粒子通过挡板上的缝隙后落在底片上的痕迹所拼成的，单个粒子穿过缝隙后落到底片上只能留下一个小点，不会出现干涉条纹。这一细节泄漏了天机：这种粒子显示出的干涉条纹与宏观世界中的波动形成的干涉条纹是有区别的！这种被探测到的波动现象本质上还是小颗粒，而纯粹的波动是看不见的！这就是我们下一步研究的突破口。”米西雅总结道。

    “嗯，是呀，有什么办法可以更好地解释粒子形成的干涉条纹呢？”我点点头，揉了揉太阳穴。

    “你在第一阶段的物理课程中所学的知识就是解开这个迷题最重要，最关键的线索。让我们利用这些知识，朝着今天发现的突破口中进发吧！宇宙真相的面纱不久便会被渐渐揭开，你将会看到很多从前无缘得见的奇观哦！”

    “那咱们马上出发吧！”

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    [1] 就是普朗克常数h = 6.62606896×10^-34焦耳·秒。普朗克常数又叫“作用量子”，代表了任何物理相互作用中交换的最小能量值。