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第四章 幻象的邊緣（節選）
所有我們稱之為「真實」的東西是由我們不能稱其為「真實」的東西組成的。—波耳
從畢達哥拉斯到哥白尼，從牛頓到愛因斯坦，我們向越來越遠的地方進發，尋找世界這座「迷宮」的邊緣。但找來找去，卻成了無頭公案。「迷宮」實在太大了，即使窮盡一生，人能探索的範圍也不足滄海一粟。而且這邊緣在越來越快地離我們而去，人類能達到的速度遠不及它「逃逸」的速度。
既然找不到它「大」的邊緣，也許可以探尋它「小」的邊緣？如果把世界「拆開」，看看它是由什麼組成的，也許微觀的秘密能告訴我們它的邊緣究竟在哪裡？
我們滿眼看到的都是光，要搞清楚世界的微觀構成，首當其衝的是搞清楚光是什麼。
關於光是波還是粒子，科學家們爭論了近三百年。這麼大的爭論，應該有個驚天地泣鬼神的結局吧？一方應一敗塗地，乞求世界的原諒；另一方應洋洋得意，沐浴世界的讚美吧？沒有，結局就像石頭扔在水裡，連個泡都沒冒。
讓我從前面楊格用雙縫實驗證明光是波的故事接著說。雖然這理論剛被提出時（19世紀初）飽受嘲笑，後來接受的人越來越多，但人類仍不知道光究竟是什麼。直到19世紀下半葉，英國出了個浪漫的科學家，憑藉優美的數學發現了光的本質，他的名字叫馬克士威（James Clerk Maxwell，1831—1879）。
擅寫情詩的物理學家
馬克士威自幼聰明，16歲就進入蘇格蘭的最高學府愛丁堡大學學習。他在班上最小，成績卻名列前茅，19歲到劍橋求學，畢業後研究電磁學。
許多人誤以為科學家都枯燥乏味，缺乏浪漫情懷，馬克士威是個著名的例外。他喜歡寫詩，他的一些詩作，包括給妻子的情詩，流傳至今。下面這首不是情詩，卻是他畢生的巔峰之作：
你也許讀不懂，因為它是用「數學語言」寫就的，但你仍能品味出它的優美，就像一首好聽但聽不懂的外文歌。這就是著名的馬克士威方程組，被普遍認為是科學史上最美的一組方程式，用區區四短行就總結了前人幾乎全部的電磁場理論。
但它們的魔力遠不止對已知資訊的總結，它們還揭示了前人所不知道的奧秘。當時的科學家們已經知道，電和磁有著一種「對稱」的關聯：變化的電場會產生磁場，而變化的磁場也會產生電場，但並不知道電、磁與光有什麼關係。
馬克士威想到，電場和磁場交互產生，越傳越遠，不是可以形成一種波嗎？他於1865年預言了電磁波的存在，並算出它傳播的速度約為310740公里／秒，「碰巧」和當時法國物理學家菲佐測出的光速十分接近。於是他大膽提出，光是電磁波的一種形式。23年後，德國物理學家赫茲才用實驗證明了電磁波的存在。
既然光是波，牛頓的「粒子說」就錯了吧？但「粒子說」的諸多證據又如何解釋？就在「波」、「粒」二派爭論得疲憊不堪又毫無結果時，1905年，愛因斯坦提出了光電效應的光量子解釋，揭示了光同時具有波和粒子的雙重性質，即所謂「波粒二象性」（wave-particle duality）——他指出光既是「水波紋」又是「子彈」，「粒子說」和「波動說」都是對的！
如果是某位宗教領袖提出這種顯然自相矛盾的理論，人們還能似懂非懂地勉強接受，但現在是愛因斯坦這樣頂尖的科學家在說表面看起來完全不可能的事！「波」和「粒子」是直接矛盾對立的——「波」是虛無、變幻和連續的，而「粒子」是實在、確定和分離的，說光既是「波」又是「粒子」，就像說一張紙既是黑的又是白的，怎麼可能？但日後無數實驗和研究證明光的確有「波粒二象性」。它就像一張紙，一面黑一面白，站在它兩邊的人為是黑是白爭論不休。
這是個石破天驚的發現，因為在那之前，被「格子綜合症」所困的人們無法想像彼此矛盾的性質可以存在於同一件事物中，總想將兩邊分裂開來，對立起來。在「數學兇殺案」那一節裡我們就看到過這一現象——雖然任何長度都同時可以用有理數和無理數來描述，但有理數和無理數之爭卻激烈到了你死我活的程度。
「波粒二象性」讓我們想到陰陽理論。如果「波動性」和「粒子性」是一對陰陽，「波粒二象性」不僅是可能的，而且是必需的。正像世上不存在只有一面的紙一樣，任何事物都必須具有彼此對立的陰陽兩面，並不存在「純陰」或「純陽」的事物。
許多人認為陰陽理論晦澀難懂、故弄玄虛而又毫無用處，讓我們用它進行一次大膽的推理，看能否得到有用的洞見。根據該理論，「任何事物」都有陰陽兩面，那麼是否所有的物質都像光一樣，既有波動性又有粒子性？在當時，人們已經知道物質是由基本粒子組成的，只有粒子性，沒有波動性。說物質有波動性，就像說你正捧著看的書是一堆虛無縹緲的波一樣，荒誕至極。這也許足見陰陽理論的錯誤和無用？
1924年，一個文科出生、年僅32歲的法國人，指出物質確實有波的性質——從某種意義上說，你正在看的書確實是一堆波。
放棄坦途的貴族
這年輕人叫路易．維克多．德布羅意（Louis Victor de Broglie，1892—1987），屬於那種特別幸運，在西方被稱為「含著銀湯匙出生」的人（born with a silver spoon）。在法國，德布羅意家族聲名赫赫，17世紀起就已開始為各朝國王效力，在戰場和政壇屢立功勳，擁有親王和公爵兩個爵位。
路易自幼好學，很有文學才華，後來攻讀歷史，18歲獲巴黎索邦大學文學學士學位。出生在這樣一個家庭，又受到如此良好的教育，榮華富貴的人生坦途似乎毫無懸念——他應該像先輩那樣進入軍界或政壇，平步青雲，繼續家族的豐功偉業。
但他沒有，因為他內心深處熱愛的並不是軍界或政壇。對自然奧秘的好奇驅使他放棄了唾手可得的人生坦途，棄文從理，去學習德布羅意家族毫無建樹的物理。一戰期間，他在艾菲爾鐵塔上的軍用無線電報站服役六年，利用閒暇時間讀了很多科普著作，還常與研究物理的哥哥莫里斯討論。普朗克、愛因斯坦等人的理論讓他耳目一新，激發了他對物理學的興趣。退伍之後，他跟隨朗之萬（Paul Langevin，1872—1946）攻讀物理學博士。
也許是因為生活在巴黎這個藝術之都，也許是因為他受過良好的文科教育，德布羅意十分懂得對稱的美。既然光波有粒子的特性，那麼對稱的，基本粒子是否也應該有波的特性呢？
他在博士論文中首次提出，組成物質的基本粒子都和光子一樣，既是粒子又是波，他把這波叫做「物質波」。
說捉摸不到的光是波，人們還可以接受；但說可以觸摸的物質是波，對一般的科學家就太玄妙了。
科學界對德布羅意這篇開創性的論文不置可否，保持著一種不懂、不同意但又不知如何反駁的沉默，絕大多數人甚至沒放在心上。
朗之萬拿捏不準，將論文寄給愛因斯坦，愛因斯坦閱後非常驚喜，他沒想到自己所創立的波粒二象性理論被德布羅意進行了如此宏大的拓展，於是大力推薦，在一篇文章中寫道：「一個物質粒子或物質粒子系可以怎樣用一個波場相對應，德布羅意先生已在一篇很值得注意的論文中指出了。」
德布羅意的理論因此得到了廣泛的注意，並被推廣和驗證。1927年，美國和英國的兩個實驗室通過電子衍射實驗各自證實了電子確實具有波動性，其後質子、中子、原子的波動性都得到了實驗證實。1929年，37歲的德布羅意獲得了諾貝爾物理學獎。
其後，他繼續研究物理，晚年繼承了家族爵位，成為第七代德布羅意公爵。已經功成名就的他總可以榮華富貴一番了吧？他還是沒有，因為他的心思根本不在榮華富貴上。他選擇住在平民小屋，過簡樸的生活。
「物質波」的發現證明陰陽理論是對的嗎？陰陽理論是對世界核心架構的哲學概括，就像指出每張紙都必須有兩個面一樣，是不需要通過某一張紙來證明的。它認為世界是由矛盾對立而又互補互依、互相轉換的「陰陽」組成，陰陽關係體現在世界的所有層面和維度，因此有無數對「陰陽」：數和物，時間和空間，唯物和唯心……。「粒子性」和「波動性」只是其中一對，「物質波」是陰陽理論在物理上的一次體現。
即使在近百年後的今天，「物質是波」對一般人來說還是太玄妙。你周圍的書、桌子、房子看上去客觀實在，但在微觀上是波。「物質波」已經被無數實驗所證實，是現代物理的核心和基石之一，並不僅僅是假說。
既然基本粒子都有「波」和「粒子」雙重性質，為什麼從前的科學家都只看到其中一面？給出答案的，是個信奉陰陽理論的丹麥人。
信奉陰陽理論的丹麥人
他叫波耳（Niels Henrik David Bohr，1885－1962），出生於哥本哈根。他自幼喜歡踢足球，在哥本哈根大學讀物理時，是校足球俱樂部的明星守門員。他對科學達到了癡迷的程度，據說有時甚至一邊心不在焉地守著球門，一邊用粉筆在球門框上演算。
大學畢業後，他從事原子物理方面的研究，仍然踢足球，是當地著名的「科學家球星」。據傳，在一場丹麥AB隊與德國特維達隊的比賽中，德國人外圍遠射，做守門員的波耳卻在門柱旁思考一道數學難題。這種癡迷並非枉然，他37歲時因為對原子結構理論的貢獻而獲得諾貝爾獎，成為量子物理的奠基人之一。
為什麼每次科學實驗都只能觀察到「波粒二象性」中的「一象」？波耳提出了「互補原理」（complementarity principle，又稱互補性原理、並協性原理）來解釋。他指出，原子現象不能用經典力學所要求的完備性來描述，構成完備的經典描述的某些互相補充的元素，在原子現象中是相互排除的，但它們對描述原子現象都是需要的。
用一般人能聽懂的話說就是，如果把原子現象比作一張紙，波動性與粒子性就像它的兩面，是互補又是互斥的。如果給紙拍照，每次只能拍到其中一面，不可能同時拍到兩面；但必須描述兩面，才算對紙做出了完全的描述。
波耳首度公開宣講互補原理時採用了大量哲學語言，使聽眾感到既震驚又困惑。波耳認為互補原理是一個普遍適用的哲學原理，因此試圖用它去解決其他領域和學科（如生物學、心理學、數學、化學等）中的問題。從下面這個故事看，他已經意識到這個哲學原理在東方被稱為陰陽理論。
他62歲時，丹麥政府為表彰其成就和貢獻，授予他大象勳章（Order of the Elephant）。在丹麥，這是至高無上的榮譽，一般只頒給最傑出的皇室成員或將軍，每個獲獎者都需要提供一枚紋章，掛在弗雷德里克斯堡的「榮譽牆」上。波耳不是皇室或貴族，沒有現成的紋章，決定自己設計一個。他要把一個在他心中最重要的圖案放在紋章正中，於是選擇了陰陽太極圖。紋章上還要寫幾個最能反映他核心思想的字，於是他寫下了「Contraria Sunt Complementa」（「對立即互補」）。這圖案和文字是「互補原理」的最佳詮釋，也是他一生科學智慧的完美概括。
當時（1947年）中國正值內戰，很少人注意到一個丹麥科學家用陰陽太極圖做了自己的紋章。在其後的30年裡，中國經歷了「文化大革命」等一系列事件。1982年改革開放後，中國人被中西方間的鴻溝所震撼，不少人盲目崇拜西方科學，把陰陽理論當做似是而非的陳詞濫調加以摒棄。殊不知，對智慧的追求條條大路通羅馬，陰陽理論和相對論、量子物理一樣，是人類智慧的結晶。
陰陽理論是一種哲學，和其他哲學一樣，很容易停留於模糊的概念、詞彙的堆砌和膚淺的重複，波耳等西方科學家並沒有落入這個陷阱，而是鍥而不捨地向更深處挖掘。
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