小镇奇谈 正文 第二十章 双缝
5月6日17︰03，404厂文化宫。
文化宫离中学很近，五分钟的路程。就在王瑞三人陷在物理实验室时，厂职工合唱队站上了舞台，一片喧闹。
合唱队在前几天的德阳市劳动节国企歌咏比赛中得了第一，要代表本市国企和政府单位去参加省里的比赛，厂工会专门组织合唱队下午脱产排练一小时。队员都是404的普通工人，乐得享受公派休息时间。经历了地震，从各个分厂集合起来的合唱队队员自然聒噪非常，各路小道消息疯传。
指导老师用指挥棒敲了敲指挥台的桌面，四下这才终于安静下来，大家挺胸抬头，显出新时代工人的气势来。老师满意地点头，打了打拍子，“起。”
文化宫一片空旷，《爱我中华》的伴奏回荡在无人落座的剧场。
老师示意（女声部起）：爱我中华
朝另一边挥手（男声部起）：赛罗赛罗赛罗赛罗赛罗赛罗
双手（一起）：
五十六个民族
五十六枝花
五十六族兄弟姐妹是一家
五十六种语言汇成一句话
爱我中……
音乐突然被掐断了，老师挥着指挥棒用力抽打台面，发出令人烦躁的噪音。“干什么？昨天都没睡觉吗？瞎唱些什么？词都忘光了？”
合唱团的团员有些犯愣。老师伸手一指前排第一男领唱，“你，第一句。”
“五十六个民族，五十六枝……”老师的指挥棒马上就啪啪啪敲起来，“搞什么啊！第一句，词是什么？”
“五十六个民族，五十六枝花啊。”
“昨天都没睡觉是吧？”老师大怒，“五十六个星座，五十六枝花！哪里来的五十六个民族？怎么上一周排练还好好的，这周连词都给忘了？地震这么厉害吗？把你们的脑子都震坏了？！”
下面一片叽叽喳喳，“五十六个星座？不是五十六个民族吗？”“哪里来的五十六个星座？五十六个星座什么意思？”“就是啊……”一位年纪比较大的队员叫道：“你记错了，老师，爱我中华爱我中华，中国是五十六个民族啊，又不是小孩儿看的《圣斗士》，哪来的五十六个星座哦。五十六个星座是啥意思哦？”
“就是，就是。叶老师是不是天天陪儿子看《圣斗士》动画片看多了？”
“你还别说，人家日本做的动画还真有点好看，哈哈哈哈……”
叶老师脸上一阵发青，难道是自己记错了？也是，《爱我中华》，五十六个民族，跟星座有什么关系？他一阵心慌，翻开歌谱：
爱我中华
赛罗赛罗赛罗赛罗赛罗赛罗
五十六个星座，五十六枝花
五十六种语言汇成一句话
爱我中华
爱我中华
爱我中华
嗨嗨罗嗨罗嗨
嗨嗨罗嗨罗嗨
嗨嗨罗嗨罗嗨
爱我中华
五十六个星座，五十六枝花
五十六族兄弟姐妹是一家
爱我中华，健儿奋起步伐
爱我中华，建设我们的国家
爱我中华，中华雄姿英发
爱我中华
没错，叶老师定了心，又敲了敲台子。“自己看歌谱！没带的过来拿。哪有五十六个民族这个词儿，全歌从头到尾都没出现过五十六个民族！”
队员们当然不信，嘻嘻哈哈地翻开歌谱。可从头看到尾，从尾看到头，“五十六个民族”一次也没有出现过。最接近的只有“五十六族兄弟姐妹是一家”。一时间，迷惑的声浪从四处传来。
排练了这么久，怎么一下所有人都记错词儿了呢？叶老师气得胸闷。
不过“五十六个星座”，到底是什么意思呢？
从实验楼传来的震波的尾峰将404文化宫一扫而过，无声无息地去了。
当合唱队为歌词的小事疑惑时，刘子琦正死死盯着讲台上的实验器材。中间是两块不透明挡板，第一块挡板上有一条窄缝，第二块挡板上有两条平行窄缝。缝很细，不仔细看根本看不出来——这就是双缝干涉的“双缝”了。这还是他第一次看到示意图以外的实物，没有任何特殊之处。
谢老师一面调整着器材的轨迹，一面干笑道：“来，让我听听谭老师的高徒怎么讲解双缝实验，说不定也能‘取长补短’呢。”这话说得有失老师的身份了，但他实在是气不过。教了快二十年的书，校长叫他跟一个刚毕业的丫头片子“取长补短”。小丫头片子不就上了个清华吗？当年考师专未必就比现在的清华容易。
刘子琦顾不得老师间的恩怨，朗朗开口道：“根据我看书的理解，双缝干涉，是证明光具有一种叫‘波粒二象性’特性的实验。”
谢老师点头，却望向谭老师说：“初二能说出‘波粒二象性’就不容易。但光知道词没用，我以前班上有个学生说自己会微积分，真一问，连什么是连续、什么是可导都说不出来。”说罢才又看着刘子琦，“我问你，‘波粒二象性’这个词什么意思你知道吗？”
“不是很清楚。”谢老师刚要笑，只听刘子琦接着说，“我看书上说，是微观的基本粒子——比如光子、电子——它们具有粒子的特性，就像一个一个小球那样是独立一颗一颗的，但同时又具有波的特性。所以光既是粒子，又是光波。书上是这么说的，但我不是特别懂。”
“你不是特别懂……”谢老师闻言仔细看了他两眼，“懂不懂的，至少没背错。双缝干涉是证明波粒二象性的，可怎么证明的呢？”
李勇偷偷拉住王瑞，把声音压得极低，“这是干什么啊？我们快走啊。”王瑞这时隐隐察觉刘子琦自有用意，便悄悄按住李勇的手腕，让他少安毋躁。一旁的谭老师则古怪地看着谢老师和刘子琦，若有所思。
“我就是没懂这个。我看书上说，双缝干涉是用一束相干性好的平行光束——最好是激光，”他指了指激光发射器，“用它照射一块有平行双缝的挡板，对吧？”说着又指了指中间的挡板，“缝的宽度要接近或者小于光波的长度。所以用波长比较长的红色激光发射器，这样缝的宽度才容易接近，对吧？然后当平行激光束通过缝隙，射到后面屏幕上，就有两种可能，对吧？”他指着最后的幕布挡板，“第一，如果光不是波，就应该生成两个单缝的图案，就等于两个单缝图案相加，对吧？第二，如果光是波，那么通过平行双缝以后，它就会从两个缝的位置发生干涉，形成两个干涉波。这两个干涉波纹在后面的屏幕上叠加，就会因为相位差的缘故，形成明暗相间的条纹，对吧？”
刘子琦一口一个“就是没懂”，一口一个“我看书上说”，又不断“对吧对吧”，但语速却越来越快。谢老师越听越心惊，短短一段话里涉及好些概念，可他说得丝毫不差。实验里用红色激光的几个原因、波衍射发生的条件、干涉条件，都说得一点不错。自己班上正式学过的学生有几个能说得这么清楚？至少有一大半是做不到的。谭老师也困惑不已，越听眉头皱得越紧。
“我看你挺懂的，”谢老师收敛了笑容，冷言道，“这还哪里不懂？”
“可我不明白，这个实验不是只证明了光的波动性吗？跟波粒二象性有什么关系？不是说……双缝干涉跟什么学院派解释……”刘子琦的声音突然小了，偷瞄了王瑞李勇他们一眼，“什么波函数状态，量子既在这里又同时在那里……”
李勇还没什么反应，王瑞愣了半秒，眼睛都瞪圆了。既在这里，又同时在那里？
可现在不是他发问的时候，只听谢老师道：“你这是在问我吗？”
“啊？”刘子琦一时有点不太明白，“问您也行，问谭老师也行啊。”他没明白，谢老师的“问”是“考问”的“问”，不是“询问”的问。
“谭老师当然是懂的，那还是问我好了。”谢老师冷哼一声，“你前面看的都没错，记的和理解的也都很好，但是你搞错了一件事。”
他一边说着，一边调试实验设备，然后打开了激光器的电源。红色激光从激发口射出，却没看到电影里那种从空中穿过的光柱。一个浑圆红斑亮在前面的单缝挡板上，其后的双缝挡板上则是一片淡淡的光。在挡板后面的不远处，幕布上显出模模糊糊的两个交叠环形光斑。设备还没调试到最佳状态，双缝干涉实验最不好调，经常折腾个把钟头也没落下好结果，这已经算是不错的了。最后，谢老师又稍微拨弄了一下几个物件的相隔距离，幕布上的条纹这才明显起来。
两个环形衍射条纹交叠成了明暗相间的格子，有点像马戏表演中催眠的圈。
“双缝干涉实验的确是证明量子力学很多基本概念的基石。费曼说通过双缝实验可以看到量子世界的奥秘，包含了量子力学的核心思想，不管是波粒二象性，还是哥本哈根学派的波函数坍缩解释，甚至是态叠加，都可以通过双缝实验来证明。谭老师，我说的对吧？”
谭老师的嘴唇微微动了一下，又忍住了。谢老师一心想要趁机证明自己虽不是名牌大学毕业，但潜心教学二十年懂的可不比什么清华北大的少，便干脆尽心卖弄起自己的本事来：
“但问题是这样，这位同学看的这个实验呢，只是高中物理课本上的。历史上，这个实验最早是在1801年由托马斯•杨完成的。你刚才说，怎么看这个实验都只是证明了光的波动性，跟波粒二象性没关系。你说得对，说明你确实懂了。”稍顿，又不甘心地补充道，“不管是听别人讲懂的，还是自己看书懂的，反正是懂了。1801年这个实验完成时，就是为了证明光的波动性，跟波粒二象性没有任何关系。1801年爱因斯坦都没出生，哪来什么波粒二象性？
“这些不是课本里的内容，我虽然不是正经的物理高才生，但既然当老师，还是可以勉强说两句。最初经典力学上的双缝干涉跟量子理论没有关系，但后来德布罗意提出物质波的概念，认为一切物质都有波粒二象性，那么不光光子是波，能发生双缝干涉，其他基本粒子也都是波。既然都是波，光子会发生双缝干涉，那其他粒子，比如电子在理论上也会发生双缝干涉……对吧？”谢老师被刘子琦刚才那一连串“对吧”弄得心烦，这时也学来回敬。但这里概念太多，他并不指望初中生能听懂，而是说给谭老师听。
“所以后来，双缝干涉就衍生出了后续的量子力学层面的实验设计，这才跟你刚才说的‘波粒二象性’有了关系。实验发射电子束，我们都知道，电子是一种基本粒子，最小单位是一个电子，带一个负电荷。密立根的油滴实验确认了电荷有最小基本单位，证明了电子作为独立粒子的存在，这也是高中电学内容，你也知道吧？”
李勇早就云山雾绕，哪里还管他们在说什么。王瑞在一边点头，心里却被那句突然出现的“在体内发生的β辐射会直接被细胞吸收，自由电子没有那么大的穿透性”所占据。不由一股寒意袭来，身子一哆嗦。刘子琦却没什么反应。
“不愧拿过奥赛一等奖。”谢老师这话不知算褒算贬，“用电子束代替了光，也通过双缝——我们实验用的这种双缝就不行了，需要能让电子发生衍射的超细孔径的双缝，然后显示屏幕上测到了电子束的波纹，也是明暗相间的干涉波纹。这就证明了，电子这类基本粒子也是波，就叫波粒二象性。明白了吗？”
刘子琦沉默了一会儿，虽然话里的意思自己没有不明白的，但仍然没有回答自己真正的疑问。为什么父亲的纸片上提到双缝实验，双缝实验也许藏着跟那东西本质有关的秘密？他查资料的时候看到了“同时既在这里又在那里”之类的描述，自然想到了薛晶的情况。现在薛晶病重，情况不明，所以他才想到从双缝实验这里能弄懂些什么。听了半天，确实收获了一些自己查不到的东西，但并没有跟自己未知的部分关联上。刘子琦总觉得还是少了些什么，想要再问，却不知从何问起，不由露出一副不甘心的模样。
谭老师任由着谢老师自说自话地为难自己的学生，一直冷眼旁观不发一言。这时候见刘子琦欲言又止，突然开口道：“你们三个，是还有什么想知道的吗？”
他们被谭老师看破了什么。有当然是有，但刘子琦却不知道怎么开口，一时愣住。谢老师不知她这话什么意思，也有些吃惊。谭老师等了片刻，不见人说话，于是说道：“谢老师把双缝干涉讲得很清楚了，我没什么经验，讲不了这么好。不过有一些课堂外的小知识，我可以补充一下。”她目光扫过王瑞、刘子琦、李勇，若有
所思。
“量子力学的秘密，都在双缝干涉实验里。刚才谢老师说了电子束的双缝干涉实验，证明了基本粒子的波粒二象性。前些年，这个实验在国外完成了进一步的延伸，也是用电子，但不是电子束，而是用单电子。”
单电子三个字一出，刘子琦心中又是突突一跳。从父亲那里偷来的纸条上有“单电子假说”几个字，莫非有关系？他竖起了耳朵。听谭老师接着讲：
“以前的老设备是发射电子束进行双缝干涉，一束电子束里面是有很多电子的。所以干涉条纹被认为是同一时间里通过一条缝的一部分电子，和通过另一条缝的另一部分电子之间发生的干涉。”她说话间指了指挡板间的两条缝，“这个能明白吧？”
王瑞和刘子琦齐齐点头，李勇早已心不在焉，自然是没有反应。
“新的实验设备变成了每次发出一个单独的电子，这个单电子朝这样的双缝挡板射过去，会发生什么？”她没有理会谢老师，只问自己的三个学生，他们显然不知道怎么回答。谢老师并不知道这后面的新衍生实验，也不知道原来已经有设备能每次发出一个单独电子了，听谭老师说到便有些失落，至少在这方面，自己还是有不如人的地方。他知道初中生是没法回答的，自己就接了过来，“电子具有明显的量子特性，波动性明显，单独一个电子穿过窄缝就会有明显的衍射特征，对吗？”
“单独电子……”王瑞终于插嘴问，“怎么表现波的衍射特征呢？”
“非常好的问题。”谢老师答道，看了一眼谭老师，“一个电子穿过缝发生衍射很难看出来，因为最后打在幕布上的就只有一个点。但从统计概率上却可以表现出来，每次一个电子在后面屏幕留下一个点，电子最后留下的轨迹多了，很多点在一起形成图案，就能显出衍射样式特征了。这在统计上就证明了它的波的性质。”
“谢老师说得很好。”谭老师继续讲解，“那这么一个单电子发射装置进行的双缝实验，每次发射一个电子，在连续发射很多个电子之后，最后屏幕上累计下来的统计轨迹，还是类似我们现在看到的明暗相间的干涉图案吗？”
这问题让谢老师愣住了。刘子琦一边努力跟上，一边低声喃喃自语帮助思考，手指也紧张地揉搓着，“每次一个电子，这个电子经过双缝挡板……只能经过一个缝。那只能通过一个缝发生衍射。另外一个缝没有电子穿过，也就没有衍射波。这样的话，电子就没有东西跟它干涉了。这样的话……其实就是两个单缝衍射实验叠加在一起，没有干涉发生……”
他略微思索了一会儿，“所以，这样的实验结果，应该是没有明暗相间的干涉图案，谭老师，我说的对吗？”
谭老师听他这一席话吃了一惊，且不说这些概念都是靠他自学理解和掌握的，光是初中生能有这么清楚的思维，这能力就非常惊人。她这时想起了这孩子是转学过来的，父亲是外调专家。谭老师正要说话，却听见另一边王瑞抢先道：“不对，不是这样。”
王瑞低着头，没有看任何人。“不是这样，结果还是会出现干涉图案。虽然是每次一个电子，但最后还是会出现干涉。”这回答惊得谭老师一震。连谢老师都不是很明白，这真的到了他也赶不上的领域，只好有些不服气地望向谭老师，似乎等着看她的笑话。
“不可能！”刘子琦争辩道，“每次一个电子，只能通过一个缝，另一个缝就没有电子发生衍射了。没有另一个电子跟它干涉，怎么可能还有干涉图案呢？”
王瑞说出了一句连自己也不明白的话：“它自己会跟自己干涉。”他浑身发抖，因为这时候他已经清楚明白地知道，这句话不是来自大脑，而是从什么地方飘进来的。那些本不应该知道的东西就这么莫名其妙地浮现出来，他完全不懂这话是什么意思。
“你怎么了？”李勇和刘子琦都察觉他不对劲，悄声问。
他也不回答，而是昂起头问道：“谭老师，我说的没错吧？一个电子通过双缝的时候，它会自己跟自己发生干涉，就像同时通过两条缝一样。”
刘子琦皱眉不解其意，连谢老师都有些含糊，谭老师却已经在点头，“你说得对，这个实验最后还是出现了干涉条纹。王瑞，我问你，一个电子，怎么能同时通过两条缝？一只老虎怎么同时跳过两个火圈？原因呢？”
一只老虎怎么同时跳过两个火圈？这完全超过了人类能用正常思维理解的范围。别说李勇，刘子琦和谢老师都彻底蒙了，想不下去了。
“态……态叠加。”王瑞答道，这三个字就像自己长了腿，从他的嘴溜了出来，“量子波函数的多个状态呈概率叠加，穿过两条缝的两种态同时存在，电子以态叠加的方式自己和自己发生了干涉。”文字从他嘴里一个一个蹦了出来，但他真的不明白自己在说什么。这些话就像从别人嘴里听到的一样，他只明白一点，自己的声音让他感到莫大的恐惧。王瑞嘴里说出来的内容自己绝没在任何地方学过，没有在任何地方看过，只是当这个题目在眼前出现的时候，这些知识就毫无征兆地冒了出来。
也许这才是他接触了那个东西后得到的力量。
如果是那样的话，测不到的辐射就正在摧毁他的身体。
王瑞不知道这二者哪个更可怕。
谭老师也察觉到这几个孩子情况不对，正想问话，王瑞突然脸色一变，猛地拉过旁边的李勇和刘子琦，匆忙叫道：“对不起！谭老师，谢老师，我们有急事！必须要走了！”
说话间头也不回，王瑞像是强架着李勇他们往外跑，老师们还没明白怎么回事，三个孩子转眼就不见了。
谭老师愣在实验室里。有什么不对。很不对。
跟其他老师不同，她本来是不喜欢王瑞的。她是一个清华人，自幼是“别人家的孩子”，大学以后更是见惯了各种天才异数，自然对王瑞这种级别的“聪明”不怎么当回事。在她眼里，得什么奖，考多少分，都算不得什么。别的老师会夸“这是考清华北大的料子”，这话在谭老师那里却起了反作用，清华北大又怎么样呢？毕业了家里没点背景，不也就这么回事儿？
但今天，她隐隐感觉到古怪的味道。这不像是单纯对知识的兴趣，更不是普通初中生能死记硬背理解的内容。连谢老师都说不明白的东西，这孩子说了个有模有样，但神色表情哪里都不正常。这到底怎么回事儿？
也许教书这件事，并不是自己以为的那样。一念及此，谭老师心里有什么坚硬的东西松动了。
正想着，谢老师在一边说道：“小谭啊，你的学生真是了不得，居然比我都知道得多。”他已经从刚才的震惊中恢复过来，露出了微笑，“刚才那学生说的态叠加，我也不太懂。要不，你给我介绍介绍？我真是不太明白。”
原本跟自己较劲，转眼就自承其短，想要学习起来，谭老师不禁有些佩服这位比自己年长了十多二十岁的老教师。“那东西太难解释了，波函数什么的，一说到数学工具，上课就越讲越没人听。”她和气地笑道，“还不如讲双缝干涉实验的量子擦除版呢。”
“量子……擦除？那又是什么？我真是井底之蛙了。”谢老师坦然摇头。
“说起来简单得很，就是刚才每次发射一个电子的双缝干涉的进一步实验构想。”
“这还有进一步？”
“对。刚才说，每次发射一个电子，通过双缝的时候因为波函数的态叠加，电子自己和自己发生了干涉，对吧？”她不觉也加了“对吧”这口头禅，“量子擦除，是指在电子通过双缝的时候，利用某种不干扰电子行为的手段，侦测电子通过了哪条缝。”
谢老师隐隐觉得再说下去就有些邪门了，“但是态叠加……”
“态叠加是波函数的纯数学逻辑。如果用观测手段来观察电子通过双缝的行为，你只会看到两种可能，这个电子要么从这条缝通过，要么从那条缝通过。”
“那……干涉……”
“没有了干涉条纹。”谭老师说，“同样的实验，同样的设计，当你观测电子的行为时，决定电子行为的波函数态只会得到一个本征值。只有在不观测的时候，波函数的概率态才会同时存在，实现自我干涉。”
“这……这不科学啊！”
“唉……”谭老师叹了一口气，心中对那几个孩子更是疑惑。她随口答道：“这不是不科学，这只是听起来不合逻辑而已。说不定应该反过来说，量子力学是对的，而我们的传统逻辑才全是错的。”
她想起自己当年上过的量子力学课来，说道：“没人能懂量子力学。”
“这算是什么话？”
“这不是我说的，是费曼，那个量子力学的创始人之一的理查德•费曼，他说的。”
谭老师一边跟谢老师聊着，心里却想着那群孩子。她这才意识到，自己之前从来没有关心过那群孩子。