第6部分

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見性或偶然性。儘管愛因斯坦在發展這些觀念時起了很大作用，但他非常強烈地反對這些。他之所以得到諾貝爾獎就是因為對量子理論的貢獻。即使這樣，他也從不接受宇宙受機遇控制的觀點；他的感覺可表達成他著名的斷言：“上帝不玩弄骰子。”然而，大多數其他科學家願意接受量子力學，因為它和實驗符合得很完美。它的的確確成為一個極其成功的理論，併成為幾乎所有現代科學技術的基礎。它制約著電晶體和積體電路的行為，而這些正是電子裝置諸如電視、計算機的基本元件。它並且是現代化學和生物學的基礎。物理科學未讓量子力學進入的唯一領域是引力和宇宙的大尺度結構。

非常令人驚異的是，如果將光源換成粒子源，譬如具有一定速度（這表明其對應的波有同樣的波長）的電子束，人們得到完全同樣型別的條紋。這顯得更為古怪，因為如果只有一條裂縫，則得不到任何條紋，只不過是電子透過這螢幕的均勻分佈。人們因此可能會想到，另開一條縫只不過是打到螢幕上每一點的電子數目增加而已。但是，實際上由於干涉，在某些地方反而減少了。如果在一個時刻只有一個電子被髮出透過狹縫，人們會以為，每個電子只穿過其中的一條縫，這樣它的行為正如同另一個狹縫不存在時一樣——螢幕會給出一個均勻的分佈。然而，實際上即使電子是一個一個地發出，條紋仍然出現，所以每個電子必須在同一時刻透過兩個小縫！

粒子間的干涉現象，對於我們理解作為化學和生物以及由之構成我們和我們周圍的所有東西的基本單元的原子的結構是關鍵的。在本世紀初，人們認為原子和行星繞著太陽公轉相當類似，在這兒電子（帶負電荷的粒子）繞著帶正電荷的中心的核轉動。正電荷和負電荷之間的吸引力被認為是用以維持電子的軌道，正如同行星和太陽之間的萬有引力用以維持行星的軌道一樣。麻煩在於，在量子力學之前，力學和電學的定律預言，電子會失去能量並以螺旋線的軌道落向並最終撞擊到核上去。這表明原子（實際上所有的物質）都會很快地坍縮成一種非常緊密的狀態。丹麥科學家尼爾斯·玻爾在1913年，為此問題找到了部分的解答。他認為，也許電子不能允許在離中心核任意遠的地方，而只允許在一些指定的距離處公轉。如果我們再假定，只有一個或兩個電子能在這些距離上的任一軌道上公轉，那就解決了原子坍縮的問題。因為電子除了充滿最小距離和最小能量的軌道外，不能進一步作螺旋運動向核靠近。

對於最簡單的原子——氫原子，這個模型給出了相當好的解釋，這兒只有一個電子繞著氫原子核運動。但人們不清楚如何將其推廣到更復雜的原子去。並且，對於可允許軌道的有限集合的思想顯得非常任意。量子力學的新理論解決了這一困難。原來一個繞核運動的電荷可看成一種波，其波長依賴於其速度。對於一定的軌道，軌道的長度對應於整數（而不是分數）倍電子的波長。對於這些軌道，每繞一圈波峰總在同一位置，所以波就互相迭加；這些軌道對應於玻爾的可允許的軌道。然而，對於那些長度不為波長整數倍的軌道，當電子繞著運動時，每個波峰將最終被波谷所抵消；這些軌道是不能允許的。

美國科學家裡查德·費因曼引入的所謂對歷史求和（即路徑積分）的方法是一個波粒二像性的很好的摹寫。在這方法中，粒子不像在經典亦即非量子理論中那樣，在空間——時間中只有一個歷史或一個軌道，而是認為從A到B粒子可走任何可能的軌道。對應於每個軌道有一對數：一個數表示波的幅度；另一個表示在週期迴圈中的位置（即相位）。從A走到B的機率是將所有軌道的波加起來。一般說來，如果比較一族鄰近的軌道，相位或週期迴圈中的位置會差別很大。這表明相應於這些軌道的波幾乎都互相抵消了。然而，對於某些鄰近軌道的集合，它們之間的相位沒有很大變化，這些軌道的波不會抵消。這種軌道即對應於玻爾的允許軌道。

用這些思想以具體的數學形式，可以相對直截了當地計算更復雜的原子甚至分子的允許軌道。分子是由一些原子因軌道上的電子繞著不止一個原子核運動而束縛在一起形成的。由於分子的結構，以及它們之間的反應構成了化學和生物的基礎，除了受測不準原理限制之外，量子力學在原則上允許我們去預言圍繞我們的幾乎一切東西。（然而，實際上對一個包含稍微多幾個電子的系統所需的計算是如此之複雜，以至使我們做不到。）

看來，愛因斯坦廣義相對論制約了宇宙的大尺度結構，它僅能稱為經典理論，因其中並沒有考慮量子力學的不確定性原理，而為了和