欢迎辞
女士们、先生们：
欢迎大家参观量子共和国。我们将在一起度过一段愉快或不愉快，美好或不美好，但一定异趣盎然和惊心动魄的时光。
诸位来自美丽的牛顿王国。这个王国，是牛顿国王以简洁优美的伟大宪章——《自然哲学的数学原理》（简称《原理》）来构建的。中国有句古话：知己知彼。为了能更好地领略量子国的异国风情，有必要把牛顿国的基本国情作一个简单的概括。
在《原理》这部宪章的序言规定了二项基本原则：“绝对空间”和“绝对时间”。
所谓“绝对空间”，牛顿形象地比喻为一个“空箱子”。它是绝对静止的，无限延伸的，匀质的，与时间无关的独立存在。绝对空间的性质跟具体的物体和运动是无关的，那怕是空无一物它也是一样。但它却给物体和运动提供量度。比如说我们这部旅游车有40脚（feet——既可译为“脚”，也可译为“英尺”）长，就是说这部车占据了跟40只脚接起来同样长的绝对空间。其实咱们这辆车有多长跟脚没什么关系，只不过当你没见到这车前，我跟你说40英尺长，你就可以想像，如果脚趾顶着后跟站，1英尺脚长的人直着可以站下40个。之所以可以用脚（英尺）作量度，因为它占有的空间长度是不变的，在旅行社是1英尺，到了车上还是1英尺。如果到了车上它就变成了2英尺长，于是只能站下20人，你就该说我撒谎了。所以最终提供量度的是绝对空间，而不是你的脚（实际上我们也已经废除了用“脚”来作量度，而是使用标准局统一用伸缩性比较小材料制作的“尺”）。运动的量度也是同样道理。比如我们今天的行程是400公里，就是说我们要在地面上位移那么长的距离。总之，绝对空间给我们提供事物静止或运动的及空间延展的量度。
所谓“绝对时间”，我们可以想像为一条匀速流淌的空河流，它跟空间以及占有空间的物体没有任何关系，不管“河”里有没有“水”，它都会不舍昼夜逝者如斯。但这条“河”却为一切“水”提供了一个绝对精准的时钟。所谓“怅怅一霄促，迟迟别日长”，情人相会总是觉得时间过得太快，一旦分别又嫌过得太慢，其实时间是不管你的心情，永远都是过得不快不慢的。同样，一个物体，不管是静止还是运动，运动得快还是运动得慢，时间也是以同样的速度流逝的。
绝对空间和绝对时间还有一个性质——连续性，这是牛顿可以使用微积分这个数学工具的客观基础。比如速度是距离和时间的比率（V=S/T）。我们这车一小时走80公里，叫“时速”；我可以继续问：半小时走多少？10分钟走多少？10秒钟走多少？1秒钟走多少？0.1秒走多少？一直到我知道了足够短（趋于0但不等于0）的时间内车走的距离，我就知道了“瞬时速度”。求瞬时速度的客观前提是，距离（空间）和时间都是可以无限分割的。
牛顿《原理》就是给物体的运动立法，这么一个三维的空间和一维的时间就是一切运动的场景舞台，有了这个舞台，我们才好定规矩。最根本的规矩，也就是我们的宪法条文有三条：
第一条， 如无外力作用，物体将永恒静止或永恒作匀速直线运动。
我们这辆车，只要不点火起动，它就会永远呆在这里，直至生锈腐烂，它都不会动一丝一毫。但一旦我们把它加速到每小时80公里的时速，然后关掉发动机，它就会一直保持这个速度，永远奔前方跑下去。但实际为什么不是这样呢？注意我刚才讲了“无外力作用”这个条件，实际上行驶时车轮跟地面有摩擦力，空气有阻力，爬坡有地球引力，如此等等。只要我们加速到了80公里每小时，只要我们不想更快些，我们的汽油就都是耗费在克服这些阻力上面的。比如月球，没有我们这车那么复杂的阻力，创世之初上帝把它推动到这个速度，几十亿年了，它就一直保持着这个速度围绕着我们这个地球转，让我们夜夜都有一轮明月。
第二条， 运动的改变，与物体的质量成反比，与外力作用成正比。
旁边这个手推车比较轻（质量小），任何一个人都可以把它推起来，但这辆汽车重（质量大），我们就得齐心协力了。而且我们三十个人一起推，就可以把它推得快一点，十个人推就会很慢。
第三条， 作用力和反作用力大小相等，方向相反。
推车的话，我们给车一个向前的推动力，车同时也给我们一个向后的阻力，这二个力是一样大的，因为方向相反，二者的和恒等于零。推车不要学小白兔拔萝卜的漫画——第一个人把手撑在车厢上，第二个人把手撑在第一个人的肩膀上，第三个人又把手撑在第二个人的肩膀上，经此类推，几十个人排一长溜。这样的话第二个人的手的作用力和第一个人的肩膀的反作用力抵消，第三个人的又同第二个人的抵消，以此类推，最后不管有多少人组成人链，推车的只有第一个人的力。
这三条律令叫“牛顿运动三定律”。顺便声明一下，千万别把我的话当标准答案，要考试的话还是去背教科书。我读书时不是一个好学生，要不然世界就多了一个拙劣的科学家而少了一个优秀的导游。
噢？那位小姐说了，我在讲第一条时举例不对——月亮如果是作直线匀速运动的话应该是飞离地球，怎么会绕着地球转呢？这倒得补充一下。在讨论天体运动时，牛顿又增加了一个宪法修正案（在《原理》第三卷）——
万有引力定律。
这条定律说的是任何物体都有对外物的吸引力，二个物体间的引力与二物体的质量乘积成正比，与距离平方成反比。就是说越重的东东引力就越大，反之越小。距离越近引力越大，远了就小。好学生拿笔算一下：月球的运动受二种力作用，一个是第一推动的直线匀速运动的力，一个是垂直向地球下落的引力，二种力的合力使月球运动既不水平向前，也不垂直向下，而是向前下方，这样无数个向前下方运动的点的积分，正好就构成了一个围绕地球运动的椭圆型的轨迹。当然不止月球，太阳系的八大行星，都有这样的围绕太阳的椭圆轨迹。呕，太完美了！
哇塞，牛顿王真是伟大！就凭着这四条宪令（三大定律加一条万有引力定律），就把天上人间的一切运动都规范得井井有条——星移斗转，朝晖夕阴，潮起潮落，风霜雷电。当然也不像我吹得那么简单。“牛四条”相当于欧几里德几何学的五条公理，还要从公理推出许多定理，定理体系。牛顿自己就推了不少，他的徒子徒孙又接着推。比如牛顿的《原理》还是质点力学，就是说不管是西瓜大的太阳，还是芝麻小的地球，都当作是一个只有质量没有大小的“质点”来研究。以后的科学家又建立了把西瓜当西瓜，把芝麻当芝麻的刚体力学，还有许多芝麻合谋运动的流体力学。但不管怎么折腾，统统都是“牛四条”长出的枝枝蔓蔓，而且都可以还原到“牛四条”。就像一个国家，它不仅有宪法，还要有刑法、民法、刑事诉讼法、民事诉讼诉讼法等等具体的法律，但是后者是从前者推演出来的，并且不能与前者相矛盾。
到十九世纪下半叶，《原理》问世（1687年）二百年之际，随着电磁学和热力学理论体系的建立，牛顿帝国的旗帜就已经插遍了全世界，放眼望去，当时就觉着再也没有待发现的新大陆啦。
哎，那位先生问了，怎么不在牛顿王国老老实实地当良民，又折腾一个什么量子共和国？我不幸学过美国历史，记得美国人的祖先在1620年甘冒艰险乘“五月花号”号奔赴美洲大陆，又是为何？不就为一个简单的信念——“到一个能够容忍我们的地方去”？这里也有异曲同工之妙，接下来，“牛四条”就容不下我们了。还是听我慢慢道来吧。
电磁学和热力学这最后的二个殖民地还有一点点问题，就是学科的力学基础。
比如电磁学，麦克斯韦把电、磁和光都统一为波动现象，并发明了美丽的波动方程。但是波是怎样传递的呢？比如光（电磁波的一种），牛顿认为是粒子，我之所以能看到大家，就是因为光源（比如电灯）发射出许多“光子”打到了你们的身上，又反射到了我的眼睛。这事有点麻烦。比如我说话大家能听到，并不需要我发出很多“声子”击中大家的耳膜，而是我的声带振动了就近的空气分子，然后分子们接力式的互相振动，一直把振动传递到你们的耳膜，就像我在这推倒了一块多米诺骨牌，然后一块块的骨牌连锁式的倒下，最后一块砸中了你的耳朵。这里空气就是传递声波的介质，多米诺骨牌。在没有空气的地方，我就是喊破嗓子，你们都会把我当哑巴的。那么电磁波是否也在一种介质中传递呢？如果是，我们就可以想像电磁波的传递是介质中无数质点的运动形式——瞧！这不就完美地还原到了“牛四条”？牛顿的光粒子说是定理性质的，可以修正。我们的波动说符合牛顿的基本大法，定理层面的忤逆，想来牛顿同志也不会怪罪。对，这种介质就是传说中的“以太”，它充满在广袤的宇宙空间。尽管以太还没有被发现，但前景还是很美妙的。
还有热力学的客观基础。我们可以合理地设想热现象是微小的空气粒子（原子或分子）的运动形式——运动激烈时，温度就高，反之就低；它们密集时，压力就大，反之压力就小。如果有一个“麦克斯韦妖”（麦克斯韦设想的一种能控制到单个分子的装置）能一览无余地看到每个分子（或原子），我们就可以用“牛四条”计算每个分子的运动轨迹，以及他们合在一起的合力，从而发现热变化的铁的必然性。不过现在，分子和原子都还只是个假说呢。
然而这最后的二个城堡藏着的却是上帝的最后秘密。二千多年前古希腊哲学家就指出世界无非二物——原子和虚空，由原子构成的万千事物在虚空中存在和运动变化。一幅多么简洁优美的图画啊！只要拿到这二件宝物，人类认识世界的任务就在我们的手里全部完成，剩下的事情就是如何按照我们的意愿控制这个世界，使她变得尽善尽美。
现在我们猜想虚空城堡藏着的是以太，电磁光赖它以传播。那咱们就去一探究竟。遣一路精兵杀将进去，却是白茫茫一片真干净，憋足了劲但无妖可擒。得，英雄无用武之地！
原子城堡估计没有什么货，无非就是组成万物的性质单一的材料，古老的圣殿金碧辉煌，拆开喽残砖烂瓦会有啥看头？可是进得门去却傻了眼——那是什么妖孽呐？时而青烟缕缕，时而金光万点，出没无常，飘乎不定。从《原理》以来二百年所有宝典翻烂，竟找不到一招伏魔良法。唉，用武之地无英雄！
我们的故事将从这里开始。大家将会看到，不是成心造反，实在是没辄。“牛四条”尽管明快悠扬依照，但已是遥远的田园牧歌。经典物理学搭建得最蔚为壮观的时候，基础处却暗流涌动，吱吱嘎嘎。尽管不乏忠勇之仕，拾漏补缺，严防死守，挽狂澜于既倒，扶大厦之将倾；无奈原认为坚如磐石的基石，却是似是而非的幻相，不明就里的迷雾，愈探明真相愈感觉到它的脆弱。
一场洪灾发过，大水淹没了田园屋舍，大人们正为一辈子的心血辛劳打了水漂而痛不欲生，孩子们却欢天喜地于一个全新的世界。广袤的田野已经汪洋一片，巍峨的建筑竟似零落的孤岛。打捞上游漂来的浮木，扎建自己的无敌战舰，以自家露出水面的屋顶为假想的敌岛，发动有声有色的跨海战役。唉！商女哪懂亡国恨，少年安知愁滋味？
一部人类历史，每每皇宫贵胄和元老权威占据着舞台，轰轰烈烈地书写春秋；平头百姓无名小卒，只能在幕后平平淡淡地生生灭灭。而我们将要游历的这个物理学乱世，全颠覆了历史的纲常。少年天才，不是一个两个，而是成批成批地涌现。经常冷不丁地就冒出个黄口小儿，单枪匹马闯进科学圣殿，狂剑乱枪，捣毁神器如摔打玩具一样无所顾忌。也许应了中国的老话：乱世出英雄，英雄出少年。泡利（我们会拜访他的）说过，量子物理学是“男孩物理学”（Knabenphysik)。此言不虚。来看一看我们量子共和国元勋的成名照——
爱因斯坦（26岁）、波尔（28岁）、海森堡（24岁）、泡利（25岁）、约尔当（22岁）、狄拉克（26岁）、德布罗意（31岁）、奥本海默（26岁）、费米（25岁）、朗道（19岁）、费曼（21岁）、钱德拉塞卡（25岁）、霍金（28岁）……
这个名单还可以一直开列下去，直到大家不胜其烦为止。为了减少大家耳膜的磨损，我还是就此打住吧。
这就奇了怪啦！牛顿力学二百年，大学研究所里多少老教授老权威，饱读经典学富五车，怎么就让这些乳臭未干的年轻人建功立业，自己却甘愿充当陪衬红花的绿叶？其实道理也很简单。
刘谦在央视春晚于众目睽睽之下让一枚硬币“穿”过玻璃，不会有人信以为真。“魔术是假的”，这是常识。科学家还可以用力学原理分析一枚硬币要穿过玻璃它需要多大的硬度，即便硬度足够它也必须留下穿过的痕迹——一个洞，因为空间是连续的，这是科学。在这个例子中，我们都宁可相信“常识”和“科学”，而不相信眼见的“事实”。这是对的。魔术行家会告诉我们“事实”会有第二枚硬币，“穿”的过程无非是巧妙地让第一枚硬币由显变隐，第二枚硬币由隐变显。
问题在于，在量子世界，我们将会看到很多“硬币穿玻璃”之类违背常理的“事实”。大多数科学家特别是老权威会根据“常识”本能地拒斥，并根据“科学”去寻找“第二枚硬币”。等到大家折腾得筋疲力尽时，会有个毛头小伙跳出来说：“没有第二枚硬币”。他会“愚蠢地”相信硬币穿玻璃是真的，并创造出一套“如何”（how）穿玻璃的新“科学”。之所以大多是年轻人，因为这类人群缺乏的是对老科学的感情和信仰，创新的冲动又过于充沛。当然，还有未被岁月洗磨掉的无忌的童贞。当满朝文武和街市百姓都在盛赞皇帝的新衣奢华美丽的时候，只有小孩会喊出：“皇帝没有穿衣服！”
啊，这是一个青睐年轻人的时代！一旦闯进了量子世界，个中天地奇幻迷离，波谲云诡，过去赖以生存的常识和理论往往都成了累赘。在这里睿智当然必要，但更需要的是信马由缰的敏思、清澈澄明的洞察和初生牛犊不怕虎的勇气。遥看量子百年战事，一大批相当于我们现在“八0后”甚至“90”后年龄的孩子前赴后继，披坚执锐，攻城拔寨，叱咤风云，呼啸沧桑，不由得唏嘘感叹，自惭形秽！
朋友们都在下面说小话，不耐烦了吧？磨刀不误砍柴功。我这通唠叨，只是希望大家准备一颗天真无邪的童心，把你们的“常识”和“科学”都暂时收在行囊里。无论将看到什么，哪怕是穿墙遁地，乾坤挪移，你都要相信自己的眼睛。当然我给你们呈现的世界，会通过一架电子显微镜，一个盖革计数器，一个宇宙空间站，一个粒子加速器，或者其他什么科学仪器（当然它们都会呈现眼能见，耳能闻，手能触的感性现象）。科学仪器是人类的“眼睛”，相信它们。跟牛顿同时代的他的一个老乡，英国哲学家贝克莱说过：“存在就是被感知”。翻成大白话就是：眼见为实，看见的是“什么”（what）它就是什么，看不见的就“什么”都不是。
噢？那位老先生说了，我这像是宣扬迷信和主观唯心主义。这话有道理。科学不是巫婆神汉，不能指天画地地说东道西。科学不仅要告诉你是“什么”，还要告诉你“如何” （how）成为“什么”的内在机制。而且这个“如何”还不能用似是而非的概念来讲。近代科学之父伽利略说过：“自然这本大书是用数学写的”，这个“如何”必须使用精确的数学语言，让你能定量的观察到是或者不是“什么”。这个“如何”我是一定会让大家看到的，否则我落个江湖骗子的名声也不划算。
这还没完呢。这个“如何”的背后还有一个“为什么”（why）。如果说“如何”是科学的话，“为什么”就是哲学了。这一百多年来，科学家们也俨然哲学家，为这个“为什么”伤肝上火，舌刀唇剑，大打出手。如果大家不讨厌，我也会带你们去看他们打架，听他们吵架的。
哎，别别别，别闹退团呀！这小伙子一定跟我一样小时候不好好读书，看见公式就头疼，听到哲学就瞌睡。我只是说有这些道道，并不是要大家都成为科学家和哲学家。为了喝牛奶，难不成还得自己吃草料当奶牛？量子世界是“什么”，已经由疑似哲学家的科学家们制造出来了，我们只需要去看就是啦。我只是要说明这个“什么”是很扎实地制造出来了，不是信口开河的产物。至于这个“如何”和“为什么”，我会尽量的用大白话说。万一出现数学公式和外文词什么的，尽可看作漂亮或怪诞的装饰。瞧一瞧它们的模样，能产生美感或神秘感足矣。或者干脆跳过去，不搭理它们，也不会影响我们的旅程。根据“霍金定律”，科普著作出现一个公式读者就会减少一半。我又不傻，当然希望各位轻松愉快，犯不着故弄玄虚吓唬大家。要犯傻，今后生意还做不做？
废话少讲，我们出发。安全第一，头莫探，手莫伸，晕车的吃药，有心脏病的准备好硝酸苷宁。
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