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第11章 走入歧途（第2页）

法拉第推测，粒子在物体内部舞蹈时，会产生电磁波，并向空间中传播，直到电磁波被我们的眼球截获，告知我们粒子的存在。

麦克斯韦方程与光速测量值太吻合了，这绝不是简单的巧合。法拉第的猜测显然是对的。电磁场就是产生光波（勒内·笛卡尔和托马斯·杨都论证过）的介质。

如果振动一个电子（带电、有磁性的粒子），我们就能创造一个以光速向外传播的波。然而我们看不到它，因为对人眼来说，光束的能量太低了，但无线电天线可能会接收到它。

如果我们以每秒数百万次的频率振动电子，就可以看到电磁畸变，电子会依次发出红光、橙光、黄光、绿光、蓝光、靛蓝光，最后是紫光。

如果振动得再快一点，波的能量就会变得非常大，以至于再一次隐形，它会绕过我们的眼睛，就像尖厉的狗吠声会绕过我们的耳朵。再继续，电子还能发射出紫外线和X射线。

从本质上来说，手机、广播发射机、Wi-Fi集线器、蓝牙发射器、微波炉、红外遥控器和X射线扫描仪等设备都是手电筒。它们的发光频率（一种测量波函数振**快慢的方法）可能太高或者太低，以至于我们的眼睛看不到，但所有的电磁波都是一样的。

从概念上讲，穿过玻璃的手电筒光束和穿过人类皮肤的X射线没有区别。波的能量和材料的电子壳层之间的间隙决定了波被反射还是通过。这两个例子的原理是一样的。

电磁波是有颜色的，人眼只能看到其中的一小部分。法拉第让我们知道自己有多么盲目。我们在夜晚看到的星星不只发出可见光，还发出无线电、微波、红外线、紫外线、X射线和γ射线。

我们在夜晚能看到星星，这一事实也告诉我们，太空和地球一样存在电磁场，否则就没有传播能量的介质。电磁场布满宇宙的每一个角落。你现在就身处其中。

你的眼睛能看到这一页的文字，是因为这一页的电子在能级之间跳跃，扰动了周围的电磁场，这些电磁扰动通过电磁场射向你的脸，最终到达眼球。接下来，视网膜后部的电子吸收了这些电磁扰动，通过视神经把电流输送到大脑。从字面上理解，电磁场中的振动是你唯一见过的事物。

冰激凌和床单

我们谈到了场的波动，到目前为止这都是经典物理的内容。但我们知道，多亏了普朗克和爱因斯坦，光能被分割成一块一块的光子。因此，在20世纪20年代末，退隐的英国物理学家保罗·狄拉克决定发明一个术语“量子场论”，来解释电磁场。

在一个人死后去追溯他的心理倾向是很不明智的，但保罗·狄拉克很可能有自闭症。他不在意社交中的寒暄，也不渴求声望和魅力，他只从字面上理解人们的话。他非常缄默，以至于他的学生开玩笑地发明了“狄拉克单位”这个词，指每小时说一个词的讲话速度。[2]

我还要讲另一个笑话。你听说过神奇拖拉机吗？它沿着路走，变成了田野（3）。

这个笑话（勉强）说得通，因为拖拉机变成田野的想法是荒谬的。拖拉机这样的庞然大物不可能变成平坦的田野，因为物质和场是不同的东西，它们不可能相互转换。但在量子场论中，我们正是这样做的。

光子是一种粒子（它是稳定的），但由于它具有波动性（波是背景介质中的一种振**），因此必然有一种场是随着光子振动而产生的。

在经典物理中，我们认为电磁场上下起伏；但在量子力学中，我们认为能量是场中的孤立光点，就像心脏监护仪上的峰值。

对宇宙来说，电磁场是一个平静的背景，但如果特定的区域受到扰动，该区域就会聚集起来，形成一个集中了能量的扭曲的小结。这种场扰动而产生的能量包就是“电磁场的量子”，是背景中的一个方块，是一个光子。

在三维空间中绘制场量子是很困难的，因此大多数图表都把场想象成平面，粒子从场中出现。如上图所示。

一个有用的方法是，想象一张铺在床垫上的平滑床单。如果我们拔起床单上的一点，就可以创造出一个微型织物山，它代表场量子。如果你愿意，床单就是粒子。

这些场量子（粒子）可以从一个点转移到下一个点，给人一种穿越真空的感觉。我们只需要记住，真实的场其实是三维的，它在各个方向上围绕着我们，并且电子从三维场中被激发出来。

有时我会把场想象成从桶里挖一勺冰激凌。在我们挖之前，冰激凌平面是未受干扰的电磁场，当我们从中挖出小球的时候，就相当于我们在实验中探测到了光子。

实际上，我们应该开始把“电磁场”叫作“光子场”，但你知道物理学家有多么喜欢过时的术语（比如“自旋”）。

你不是由粒子构成的

保罗·狄拉克从数学上解释了我们如何从光子场／电磁场中提取光子，并证明了由于所有粒子都具有波动性，所有粒子都可以看成是自己场中的量子。[3]

电子场布满宇宙的每一个角落，与电磁场重叠在一起。当电子场受到扰动时，就会有一个电子被激发出来。所有的粒子，包括你体内的粒子，都是由看不见的场所激发的振动。

组成你的粒子和围绕着你的真空是同一种东西。能量飘浮在由虚无构成的场中，你就是其中的一团能量包。也许这个事实令你不安，也许你认为它浪漫缤纷，这完全取决于你。

（1）　事实上，引力也不需要直接接触。—译注

（2）　原文是“Hewasout-standinginhisfield”，也可以解释为“它站在田野里”。在英文中，“field”既有“领域”的意思，也有“田野”的意思。—译注

（3）　“field”在英语里既可以解释成“田野”，也可以解释成“场”。—译注