嶗山道士正在教授王七“穿墻術(shù)”
相信很多人都聽說過《聊齋志異》中嶗山道士的故事：講的是一個叫王七的人一心向道，從嶗山道士那里學(xué)會了“穿墻術(shù)”，回家后用此炫耀，法術(shù)最終失靈。聊齋故事大家以笑談為主，其實現(xiàn)實生活中，這種穿墻術(shù)是存在的，存在于量子的世界，叫做“量子隧穿”。
量子力學(xué)中，量子隧穿效應(yīng)指的是，像電子等微觀粒子能夠穿入或穿越位勢壘的量子行為，盡管位勢壘的高度大于粒子的總能量。在經(jīng)典力學(xué)里，這是不可能發(fā)生的，但使用量子力學(xué)理論卻可以給出合理解釋。用聊齋的故事將專業(yè)術(shù)語翻譯過來，就是王七身體中的粒子可以穿墻而過。
根據(jù)經(jīng)典力學(xué)，運動的物體遇到障礙物（即勢壘）時，它必須從障礙物的頂部翻越過去才能通過。如果物體的動能低于障礙物頂部的勢能，那么這個物體就無法通過這個障礙物。
粒子不必爬山，直接穿山而過
量子力學(xué)認為，如果這個物體不是宏觀的，而是微觀粒子，那么我們就會發(fā)現(xiàn)，在自身動能不足的情況下，微觀粒子依然有一定的概率直接穿過障礙物，這就是量子隧穿。
為什么可以發(fā)生這種量子隧穿現(xiàn)象呢？簡單的說就是所有粒子都具有波粒二象性。按照量子力學(xué)經(jīng)典理論，全部粒子既具有粒子的特性，又具備了波的特征。
全部粒子都具有波粒二象性
不受外部干擾的標準粒子的波動模型是三維正弦曲線，理論上可以傳播到宇宙的任何角落。但是由于王七的身體是由上萬億個粒子構(gòu)成的，等同粒子（即相同類型的粒子，如電子和電子、夸克和夸克等）的波形疊加后，波形振幅減弱表現(xiàn)出粒子的特征。同時王七體內(nèi)的電子被原子核的電磁力所吸引，夸克之間被強核力所禁錮，粒子的波動性會再次大大減弱。基于以上兩個原因，我們看到的王七是一個實實在在的宏觀個體，而不是一團到處彌漫的波形。
但是王七作為一個整體，還是具備極不明顯的波動性的，只是我們觀察不到而已。粒子能量的德布羅意公式E=hv，即能量=普朗克常數(shù)x頻率。假設(shè)勢壘強的勢能為H，王七體內(nèi)的總有一部分粒子頻率v會瞬間變的較大，大到E＞H時，這部分粒子就會穿過墻壁；如E＜H，則波被勢壘反彈回來。但是根據(jù)科學(xué)家預(yù)測并實驗驗證，發(fā)生這種隧穿的概率只有一千億分之一，就是說粒子波動一千億次才能成功穿越墻壁一次。
這一小部分脫離王七身體的粒子波，遇到勢壘墻時，將以以下兩種方式穿墻而過：
水波通過窄縫時發(fā)射衍射現(xiàn)象
1.當這些粒子波能量較小時，會以衍射方式從墻的兩側(cè)繞行過去。波的衍射可以這樣想象，當一圈圈的水波經(jīng)過河中央裸露的巨石時，會從巨石的兩側(cè)繞行通過，并在巨石的后方形成干涉條紋的水波，這就是波的衍射。任何波都有衍射現(xiàn)象，不僅是水波這樣的機械波，還包括微觀粒子的量子波和電磁波。你可能會說這是繞墻不是穿墻屬于賴皮行為，好的，那我們看下一條。
粒子的直接撞擊可激發(fā)粒子
2.如果粒子波能量較大，可以直接從墻中穿過，具體原理較復(fù)雜。形象的說，就是粒子波以較大能量撞擊了墻內(nèi)的粒子，王七體內(nèi)發(fā)出的粒子波將能量傳遞給墻以后就停留在了墻內(nèi)，而墻內(nèi)被激發(fā)的粒子波獲得了動能從其原子內(nèi)飛出來，從此徹底離開墻體。隧穿到墻后方的粒子已不是王七體內(nèi)的粒子，而是墻中的粒子。因為交換了粒子，故此王七已非彼王七也。其實陽光透過玻璃也是上述原理，我們稱之為量子激發(fā)。
上述過程中，為什么王七體內(nèi)只有極少數(shù)粒子可以穿過墻？就是前面所說的能量問題，即王七體內(nèi)的強核力和電磁力束縛了絕大多數(shù)粒子，只有少數(shù)粒子獲得瞬間的高能量才能脫離王七的身體從而穿墻。那么這個能量又來自哪里？答案是來自王七體內(nèi)，原子之間和原子內(nèi)部，看似風平浪靜，實則暗流涌動?？淇酥g互相拉扯，電子之間互相排斥，質(zhì)子和中子之間互相糾纏，原子核之間互相爭奪電子……可謂精彩紛呈。比如甲和乙兩個原子核正在為互相爭奪一個核外電子而斗的你死我活兩敗俱傷，結(jié)果無意中為原子核丙中的電子提供了能量，該電子獲得較高的瞬間能量就能加速脫離原子核丙，如果能量大于勢壘墻的能量時，就可以實現(xiàn)量子隧穿并穿墻而過 。
王七身體內(nèi)的粒子波只有極少數(shù)可以穿過墻壁
通過上面的描述，你可能已經(jīng)得出結(jié)論了，王七整個人完整的穿越墻壁的可能性幾乎為零。的確如此，這就是經(jīng)典的宏觀物理與量子物理的差別。
總結(jié)一下，用經(jīng)典量子力學(xué)來解釋，王七體內(nèi)的粒子波總有極少數(shù)波動性較強，以一千億分之一的概率實現(xiàn)量子隧穿。用量子物理的自發(fā)定義域理論來解釋，就是王七體內(nèi)的極少數(shù)粒子波動性很強，會自主的離開其身體實現(xiàn)量子隧穿。
不論哪種理論，即使正常狀態(tài)下，王七也會損失體內(nèi)的部分粒子穿過墻，一直這樣那不是王七會“粒”盡人亡了嗎？而且這直接違反了能量守恒定律。不會的，經(jīng)典量子力學(xué)和自發(fā)定義域理論都認為，穿過墻壁的粒子都會很快從墻的對面返回王七的身體，然后再次激發(fā)粒子穿過墻壁……如此循環(huán)下去，王七身體中的粒子不會減少，即王七的質(zhì)量不變，體內(nèi)能量守恒。
科學(xué)實踐中，量子隧穿現(xiàn)象已經(jīng)被α衰變所證實，α衰變是一種很常見的衰變，其衰變的方式其實就是一個原子核釋放出了一個由2個中子和2個質(zhì)子組成的α粒子，同時其原子序數(shù)也會減2。簡單的說，就是α粒子會在衰變中脫離原子核。
α粒子衰變，2個質(zhì)子和2個中子離開了原子核
由于原子核內(nèi)強核力和電磁力的束縛，α衰變所產(chǎn)生的α粒子根本就沒有足夠的能量，那它又是怎么從原子核里跑出來的呢？科學(xué)家也一頭霧水，直到1928年，物理學(xué)家伽莫夫才利用量子隧穿效應(yīng)完美地解釋了這個現(xiàn)象，并在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了描述α衰變的相關(guān)方程式。
時至今日，人們早已對各式各樣的量子隧穿現(xiàn)象習(xí)以為常，基于該原理還發(fā)展出了一些應(yīng)用技術(shù)，其中最典型的例子，就是我們所使用的用于觀察和定位原子的掃描隧道顯微鏡（STM）。
掃描隧道顯微鏡原理，橙色為探針，粉色為被觀察的原子
不僅如此，現(xiàn)代實用科學(xué)技術(shù)中的單電子晶體管、隧道二極管、量子電腦等，均是通過量子隧穿技術(shù)實現(xiàn)的。
這些可能不是我們最感興趣的，還是把話題回到王七身上吧。王七有沒有可能整體穿過墻壁呢？當然可以，條件就是能量足夠大。要使王七自身體內(nèi)全部粒子逃逸出其體內(nèi)（這不是靈魂出竅哈），王七必須獲得更大的外部能量。比如將王七加熱到1000攝氏度，王七體內(nèi)的全部分子鍵被破壞，成為無數(shù)游離態(tài)的中子、質(zhì)子和電子，自然可以穿越到墻壁對面，但是無法再重新組合成一體，回到宏觀的王七狀態(tài)。這對王七來說毫無意義，這個方法顯然是失敗的。
還有一種方法可以讓王七整體穿越墻壁，條件就是墻壁是蟲洞的入口，王七通過墻可以穿越到另一個平行宇宙中。蟲洞并不一定只存在與宇宙中，在地球上可能也存在，蟲洞也不一定是一個隨時開放的洞口。蟲洞在多數(shù)時候是關(guān)閉的，當暗物質(zhì)非常集中時可以開啟蟲洞的入口和出口，如果王七把握住這個時間段，完全可以輕松的從墻壁這個蟲洞入口實現(xiàn)穿越，到達墻的另一邊。
墻壁是中間的蟲洞，穿越過去后就是平行宇宙，其中也有一個地球
王七通過蟲洞穿越的對面就是平行宇宙，是另外一個宇宙，如果該宇宙剛好與我們的宇宙是鏡像對稱的話，那么鏡像宇宙中也存在一個王七，并且與我們宇宙中的王七會做完全相同的事情，就像鏡子中的王七。這邊宇宙的王七穿墻過去，對面宇宙的王七同時穿墻過來。最終兩個宇宙都有一個王七，只是互相交換了而已，兩個宇宙能量依舊守恒。
兩個宇宙各存在一個太陽系，地球也完全一樣，嶗山、道士和王七自然也分別對稱的各自存在，時間流逝的速率和發(fā)生的事件也完全一樣。王七看不到另外一個宇宙的自己，但是道士可以看見另外一個宇宙的一部分，道士怎么做到的？可能存在第三個或更多的平行宇宙，道士可通過這些更高維度的時空同時觀察到多維度的事件。這就像你照鏡子時看不見自己的背面，再拿一面鏡子放在你背后，就可以看見自己的背面了。
平行宇宙概念本來是由埃弗雷特提出的量子物理理論，后被愛因斯坦蟲洞理論所引用，又被霍金等人進一步發(fā)展起來，時至今日平行宇宙已經(jīng)成為物理界的主流研究課題之一。
嶗山道士的故事中，王七在嶗山成功的穿越了墻壁，到達的是另一個宇宙或者說是一個鏡子中的虛像世界，和我們的宇宙完全一樣，而王七誤以為自己還在這個宇宙中。如果王七穿墻后忘記了穿墻術(shù)的口訣，就不能回到最初的宇宙中，不過這也沒太大關(guān)系，反正鏡子中的世界和目前完全一樣，照樣老婆孩子熱炕頭。
本文老拿王七舉例，委屈王七同志了，其實王七熱愛科學(xué)的精神還是值得我們學(xué)習(xí)的
道士交給王七的“穿墻術(shù)”的口訣，大概就是尋找和開啟蟲洞的方法和秘密，因此王七在嶗山可以輕松的穿墻而過。當王七回到家中在妻子面前炫耀穿墻術(shù)時，法術(shù)失效，蟲洞的入口沒有開啟或者說他家里根本沒有蟲洞，王七不能整體穿過墻壁，其體內(nèi)只有極少數(shù)粒子通過量子隧穿效應(yīng)穿越墻壁，然后又快速回到王七體內(nèi)。
故事中王七對穿墻術(shù)是一知半解的，最智慧的肯定是嶗山上的那個道士，不僅洞察了人性的弱點，還窺探到了宇宙的一些奧秘，看破不說破，自古以來的高人都是這樣。故事中道士在嶗山上的墻中可以隨意穿越的原因，是因為嶗山上就存在蟲洞，道士知道蟲洞的入口和開啟方式。道士自由穿梭于兩個宇宙之間已經(jīng)達到隨心所欲的境界了，這就是人類今后探索宇宙所追求的夢想。
道士剪的紙月亮變成了真月亮
故事中這位道士在嶗山上的宴席中，用紙剪了一個月亮，然后通過仙術(shù)，將紙月亮變成了真月亮掛在大廳中，該怎么解釋呢？古人認為這是障眼法使人產(chǎn)生的幻象，天上的月亮是假的，只是人視覺中的幻象。這是有道理的，量子物理中部分觀點認為，你沒有觀察月亮之前，月亮不一定在天上；只有你觀察了，才能確定月亮是不是在天上。這就是量子物理史上馮諾依曼的意識坍塌理論，月亮不一定存在，是因為人的意識才感覺到它的存在。徒弟們看到的月亮一定不是宇宙中的那個月亮，可能只是月亮在鏡子中的投影，也可能是另一個宇宙中的月亮。至于道士是怎么做到的，應(yīng)該和上面一樣的道理，道士擁有多面鏡子，將多重宇宙中的月亮投影到嶗山中。
少年時代的愛因斯坦，后來成為量子糾纏最早的提出者之一
當然有另外一種可能，道士通過激發(fā)量子糾纏的方式，控制了徒弟們的意識，因為人的思維就是腦細胞和腦神經(jīng)中，無數(shù)量子振動和傳輸?shù)慕Y(jié)果。糾纏過程是道士自己先在大腦中想象出月亮在屋內(nèi)，然后使自己大腦皮層的量子與徒弟大腦皮層中的量子產(chǎn)生糾纏態(tài)，使徒弟們的大腦中產(chǎn)生相同的幻象，看見了月亮。至于道士將筷子變成嫦娥并請下來歌舞的情節(jié)，可以是認為蒲松齡的虛構(gòu)，也可以用上面的量子糾纏來解釋。如果當時王七膽子大一點，直接沖過去摟抱嫦娥，就會發(fā)現(xiàn)無法美人在懷，道士的騙術(shù)就會當場戳穿。量子糾纏理論始于愛因斯坦-波多爾斯基-羅森佯謬，是以上述三位科學(xué)家的名字命名的，簡稱EPR佯謬。中科大的潘建偉院士等多位中國科學(xué)家，不久前已經(jīng)通過實驗的方式實現(xiàn)了人工控制量子糾纏。
我們不得不嘆服中國古人的想象力，在科技比較落后的時代還能通過小說的形式，比較準確的預(yù)測出一些現(xiàn)代科技都難以解釋清楚的現(xiàn)象。因此我們在閱讀中國古典文學(xué)時，需要用科學(xué)方法正確理解其中的這些仙道理論，在科學(xué)學(xué)習(xí)上也要甄別一些帶有主觀意識的理論。就像先哲所說的那樣：古為今用，洋為中用；取其精華，去其糟粕。
旅游時拍的，上海外灘夜景
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