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们就是没法既精确地测量出电子的动量，同时又精确地得到它的位置。两者的误差之乘积
必定要大于那个常数，也就是h除以2π。幸运的是，我们都记得h非常小，只有6。626×10
^…34焦耳秒，那么假如△p和△q的量级差不多，它们各自便都在10^…17这个数量级上。我
们现在可以安慰一下不明真相的群众：事情并不是那么糟糕，这种效应只有在电子和光子
的尺度上才变得十分明显。对于汤米玩的皮球，10^…17简直是微不足道到了极点，根本就
没法感觉出来。汤米可以安心地拍他的皮球，不必担心因为测不准它的位置而把它弄丢了
。
不过对于电子尺度的世界来说，那可就大大不同了。在上一章的最后，我们曾经假想自己
缩小到电子大小去一探原子里的奥秘，那时我们的身高只有10^…23米。现在，妈妈对于我
们淘气的行为感到担心，想测量一下我们到了哪里，不过她们注定要失望了：测量的误差
达到10^…17米，是我们本身高度的100万倍！100万倍的误差意味着什么，假如我们平时身
高1米75，这个误差就达到175万米，也就是1750公里，母亲们得在整条京沪铁路沿线到处
寻找我们才行。“测不准”变得名副其实了。
在任何时候，大自然都固执地坚守着这一底线，绝不让我们有任何机会可以同时得到位置
和动量的精确值。任凭我们机关算尽，花样百出，它总是比我们高明一筹，每次都狠狠的
把我们的小聪明击败。不能测量电子的位置和动量？我们来设计一个极小极小的容器，它
内部只能容纳一个电子，不留下任何多余的空间，这下如何？电子不能乱动了吧？可是，
首先这种容器肯定是造不出来的，因为它本身也必定由电子组成，所以它本身也必然要有
位置的起伏，使内部的空间涨涨落落。退一步来说，就算可以，在这种情况下，电子也会
神秘地渗过容器壁，出现在容器外面，像传说中穿墙而过的崂山道士。不确定性原理赋予
它这种神奇的能力，冲破一切束缚。还有一种办法，降温。我们都知道原子在不停地振动
，温度是这种振动的宏观表现，当温度下降到绝对零度，理论上原子就完全静止了。那时
候动量确定为零，只要测量位置就可以了吧？可惜，绝对零度是无法达到的，无论如何努
力，原子还是拼命地保有最后的一点内能不让我们测准它的动量。不管是谁，也无法让原
子完全静止下来，传说中的圣斗士也不行——他们无法克服不确定性原理。
动量p和位置q，它们真正地是“不共戴天”。只要一个量出现在宇宙中，另一个就神秘地
消失。要么，两个都以一种模糊不清的面目出现。海森堡很快又发现了另一对类似的仇敌
，它们是能量E和时间t。只要能量E测量得越准确，时刻t就愈加模糊；反过来，时间t测
量得愈准确，能量E就开始大规模地起伏不定。而且，它们之间的关系遵守相同的不确定
性规则：
△E×△t 》 h/2π
各位看官，我们的宇宙已经变得非常奇妙了。各种物理量都遵循着海森堡的这种不确定性
原理，此起彼伏，像神秘的大海中不断升起和破灭的泡沫。在古人看来，“空”就是空荡
荡无一物。不过后来人们知道了，看不见的空气中也有无数分子，“空”应该指抽空了空
气的真空。再后来，人们觉得各种场，从引力场到电磁场，也应该排除在“空”的概念之
外，它应该仅仅指空间本身而已。
但现在，这个概念又开始混乱了。首先爱因斯坦的相对论告诉我们空间本身也能扭曲变形
，事实上引力只不过是它的弯曲而已。而海森堡的不确定性原理展现了更奇特的场景：我
们知道t测量得越准确，E就越不确定。所以在非常非常短的一刹那，也就是t非常确定的
一瞬间，即使真空中也会出现巨大的能量起伏。这种能量完全是靠着不确定性而凭空出现
的，它的确违反了能量守恒定律！但是这一刹那极短，在人们还没有来得及发现以前，它
又神秘消失，使得能量守恒定律在整体上得以维持。间隔越短，t就越确定，E就越不确定
，可以凭空出现的能量也就越大。
所以，我们的真空其实无时无刻不在沸腾着，到处有神秘的能量产生并消失。爱因斯坦告
诉我们，能量和物质可以互相转换，所以在真空中，其实不停地有一些“幽灵”物质在出
没，只不过在我们没有抓住它们之前，它们就又消失在了另一世界。真空本身，就是提供
这种涨落的最好介质。
现在如果我们谈论“空”，应该明确地说：没有物质，没有能量，没有时间，也没有空间
。这才是什么都没有，它根本不能够想象（你能想象没有空间是什么样子吗？）。不过大
有人说，这也不算“空”，因为空间和时间本身似乎可以通过某种机制从一无所有中被创
造出来，我可真要发疯了，那究竟怎样才算“空”呢？
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饭后闲话：无中生有
曾几何时，所有的科学家都认为，无中生有是绝对不可能的。物质不能被凭空制造，能量
也不能被凭空制造，遑论时空本身。但是不确定性原理的出现把这一切旧观念都摧枯拉朽
一般地粉碎了。
海森堡告诉我们，在极小的空间和极短的时间里，什么都是有可能发生的，因为我们对时
间非常确定，所以反过来对能量就非常地不确定。能量物质可以逃脱物理定律的束缚，自
由自在地出现和消失。但是，这种自由的代价就是它只能限定在那一段极短的时间内，当
时刻一到，灰姑娘就要现出原形，这些神秘的物质能量便要消失，以维护质能守恒定律在
大尺度上不被破坏。
不过上世纪60年代末，有人想到了一种可能性：引力的能量是负数（因为引力是吸力，假
设无限远的势能是0，那么当物体靠近后因为引力做功使得其势能为负值），所以在短时
间内凭空生出的物质能量，它们之间又可以形成引力场，其产生的负能量正好和它们本身
抵消，使得总能量仍然保持为0，不破坏守恒定律。这样，物质就真的从一无所有中产生
了。
许多人都相信，我们的宇宙本身就是通过这种机制产生的。量子效应使得一小块时空突然
从根本没有时空中产生，然后因为各种力的作用，它突然指数级地膨胀起来，在瞬间扩大
到整个宇宙的尺度。MIT的科学家阿伦•；古斯（Alan Guth）在这种想法上出发，创
立了宇宙的“暴涨理论”（Inflation）。在宇宙创生的极早期，各块空间都以难以想象
的惊人速度暴涨，这使得宇宙的总体积增大了许多许多倍。这就可以解释为什么今天它的
结构在各个方向看来都是均匀同一的。
暴涨理论创立以来也已经出现多个版本，不过很难确定地证实这个理论究竟是否正确，因
为宇宙毕竟不像我们的实验室可以随心所欲地观测研究。但大多数物理学家对其还是偏爱
的，认为这是一个有希望的理论。1998年，古斯还出版了一本通俗的介绍暴涨的书，他最
爱说的一句话是：“宇宙本身就是一顿免费午餐。”意思是宇宙是从一无所有中而来的。
不过，假如再苛刻一点，这还不能算严格的“无中生有”。因为就算没有物质，没有时间
空间，我们还有一个前提：存在着物理定律！相对论和量子论的各种规则，比如不确定原
理本身又是如何从无中生出的呢？或者它们不言而喻地存在？我们越说越玄了，这就打住
吧。
三
当海森堡完成了他的不确定性原理后，他迅即写信给泡利和远在挪威的玻尔，把自己的想
法告诉他们。收到海森堡的信后，玻尔立即从挪威动身返回哥本哈根，准备就这个问题和
海森堡展开深入的探讨。海森堡可能以为，这样伟大的一个发现必定能打动玻尔的心，让
他同意自己对于量子力学的一贯想法。可是，他却大大地错了。
在挪威，玻尔于滑雪之余好好地思考了一下波粒问题，新想法逐渐在他脑中定型了。当他
看到海森堡的论文，他自然而然地用这种想法去印证整个结论。他问海森堡，这种不确定
性是从粒子的本性而来，还是从波的本性导出的呢？海森堡一愣，他压根就没考虑过什么
波。当然是粒子，由于光子击中了电子而造成了位置和动量的不确定，这不是明摆的吗？
玻尔很严肃地摇头，他拿海森堡想象的那个巨型显微镜开刀，证明在很大程度上不确定性
不单单出自不连续的粒子性，更是出自波动性。我们在前面讨论过德布罗意波长公式λ=
h/mv，mv就是动量p，所以p= h/λ，对于每一个动量p来说，总是有一个波长的概念伴随
着它。对于E…t关系来说，E= hν，依然有频率ν这一波动概念在里面。海森堡对此一口
拒绝，要让他接受波动性可不是一件容易的事情，对海森堡的顽固玻尔显然开始不耐烦了
，他明确地对海森堡说：“你的显微镜实验是不对的”，这把海森堡给气哭了。两人大吵
一场，克莱恩当然帮着玻尔，这使得哥本哈根内部的气氛闹得非常尖锐。从物理问题出发
，后来几乎变成了私人误会，以致海森堡不得不把写给泡利的信要回去以作出澄清。最后
，泡利本人亲自跑去丹麦，这才最后平息了事件的余波。
对海森堡来说不幸的是，在显微镜问题上的确是他错了。海森堡大概生来患有某种“显微
镜恐惧症”，一碰到显微镜就犯晕。当年，他在博士论文答辩里就搞不清最基本的显微镜
分辨度问题，差点没拿到学位。这次玻尔也终于让他意识到，不确定性是建立在波和粒子
的双重基础上的，它其实是电子在波和粒子间的一种摇�