第一章:掉进量子魔法学院 / Chapter 1: Falling into the Quantum Magic Academy
周末的下午,阳光透过梧桐树叶的缝隙,在“时光旧书店”(Time Tunnel Old Bookstore)的木地板上撒下碎金似的光斑。10岁的小宇踮着脚,指尖刚碰到最上层书架那本封皮发光的绘本,指尖还残留着半块橘子糖的甜香——他刚在楼下便利店买的,打算看完科普书就吃。
他今天来的目的,是找比上周看完的《量子物理少年版》
周末的下午,阳光透过梧桐树叶的缝隙,在“时光旧书店”(Time Tunnel Old Bookstore)的木地板上撒下碎金似的光斑。10岁的小宇踮着脚,指尖刚碰到最上层书架那本封皮发光的绘本,指尖还残留着半块橘子糖的甜香——他刚在楼下便利店买的,打算看完科普书就吃。他今天来的目的,是找比上周看完的《量子物理少年版》更厚的、讲量子计算的科普书:上周他在学校科技馆的互动屏上看到量子计算机算题比普通电脑快一亿倍的演示,回家缠着妈妈问了三天“量子到底是什么”,妈妈被他问得没办法,才答应周末带他来旧书店碰碰运气。
他的指尖刚碰到绘本的封皮,就猛地缩了一下:那封皮不像普通的纸,是磨砂质感的银蓝色,摸上去凉丝丝的,还带着点静电,蹭得他指尖发麻。他低头看封皮,上面没有书名,只有一圈亮晶晶的小图案,是像碎星子一样的点,排成量子比特的形状,最中间的那个点还一闪一闪的,像在呼吸。他好奇地翻开了第一页,纸页摸上去不像普通的纸,更像软乎乎的云,刚翻开,就听到“哗啦”一声轻响,像书页里藏着的小风铃被吹动了,紧接着,整本书突然亮了起来,银蓝色的光从书页里漫出来,像流动的星河,把他整个人都裹住了。
“小宇!你在哪?”楼下传来妈妈的喊声,可声音离他越来越远,像隔了一层厚厚的玻璃。他还没来得及喊“妈妈”,就感觉到身子一轻,像是坐上了游乐场最陡的滑梯,“嗖”地一下往下坠,旧书店的木头书架、窗外的梧桐树、妈妈手里举着的冰淇淋,都远远地抛在了后面,只有怀里的绘本还发着温温的光,贴在他的胸口。他手里攥着的半块橘子糖没拿稳,掉了下去,还没等他反应过来,脚就碰到了软乎乎的实地。
等他睁开眼睛的时候,鼻尖先闻到了味道:不是旧书店里混着霉味和旧纸的干燥味道,是刚割过的青草的香气,还混着点蓝莓蛋糕的甜味,软乎乎的,像踩在刚晒过的棉花糖上。他低头看脚下,是一团软乎乎的淡蓝色云,踩上去还微微弹了弹,像蹦床一样。面前站着个巴掌大的小精灵,翅膀是半透明的淡蓝色,像蜻蜓的翅膀,但上面缀着亮晶晶的小光点,晃一下就能撒出点碎星子似的光。她的头发是银白色的,卷卷的,像刚蒸好的棉花糖,手里攥着根亮闪闪的小棍子,顶端还飘着个小小的、发光的球。
“你好呀,小宇,”小精灵的声音软乎乎的,像咬了一口棉花糖,“我是Quanta,你的量子世界引导员,等你很久啦。”
小宇吓了一跳,往后退了一步,踩在云上软乎乎的,差点摔跤:“你……你怎么知道我的名字?”
Quanta 晃了晃手里的棍子,顶端的光球晃了晃,映出小宇刚才在旧书店踮着脚够书的样子:“因为你是被《量子魔法入门》选中的小朋友呀,你看,书在你怀里呢。”
小宇低头一看,怀里的绘本果然还在,封皮还发着温温的光,刚才他掉下来的时候太慌,还以为丢了。他好奇地翻开第一页,刚才在旧书店看到的那个发光的小精灵图案还在,旁边多了一行歪歪扭扭的中英文对照的字:“欢迎来到量子魔法学院 / Welcome to the Quantum Magic Academy,只有真正对量子好奇的小朋友,才能推开这扇门。”
“那……这里是哪里?我刚才明明在旧书店啊。”小宇揉了揉眼睛,以为自己是在做白日梦,可鼻尖的青草香、脚下云的软乎乎触感,都真实得很。
“这里是量子世界呀,和你们平时生活的世界规则不一样哦,”Quanta 飞到他面前,翅膀扇得飞快,带起一阵带着蓝莓香的风,“我先带你认认这里的规则好不好?保证比你们平时玩的任何游戏都有意思。”
小宇眼睛一下子亮了,他最爱研究有意思的规则了:上次玩密室逃脱,他花了三个小时就破解了所有的谜题,就是因为把每个规则的细节都摸透了:“好呀好呀!”
量子世界的第一条规则:叠加态(Superposition)
Quanta 首先挥了挥手,云上突然出现了两个一模一样的橘子糖,和小宇刚才在便利店买的那款一模一样:橙色的包装纸,上面还印着太阳的图案,一个放在云上离他们十厘米远的地方,一个“飞”到了小宇的手心里。
“你看,在你们的世界里,一个橘子糖要么在你手里,要么在桌子上,不可能同时在两个地方,对不对?”Quanta 歪着头问,翅膀上的光点晃了晃,落在小宇的头发上,凉丝丝的。
小宇点点头,他当然知道:刚才他在旧书店的时候,手里的糖掉了,他还蹲在地上找了半天,最后没找到,还心疼了好一会儿。
“但是在量子世界里,就不一样啦!”Quanta 拍了拍手,两个橘子糖突然都晃了晃,包装纸上的太阳图案都跟着闪了闪,“这个状态,我们就叫它叠加态(Superposition),就是同一个东西,可以同时处于好几个不同的状态里,就像这两个糖,是同一个糖,同时在这里,也同时在那里。”
小宇瞪大了眼睛,他伸手摸了摸手里的糖,又摸了摸桌上的糖,两个都是真的,凉丝丝的,包装纸上的太阳图案都一模一样,连糖纸上的一道小划痕都一模一样。他忍不住咬了一口手里的,甜丝丝的橘子味在嘴里散开,桌上的那个也突然“噗”地消失了,只剩下一小块糖纸落在云上。
“呀!怎么没了?”小宇惊讶地喊,他还想再尝尝另一个的味道呢。
“因为你‘测量’它啦,”Quanta 笑着晃了晃手里的棍子,顶端的发光球变成了两个小小的橘子,“在量子世界里,一个东西如果是叠加态,只要有人去‘看’它、碰它,也就是我们说的‘测量’,它就会立刻变成一个确定的状态,这个就叫测量坍缩(Measurement Collapse)。你刚才拿了手里这个吃,它就变成了‘被你拿在手里’的状态,另一个就自动消失啦。”
小宇哦了一声,又有点不甘心:“那如果我不碰它,它是不是会一直同时在两个地方?”
“理论上是这样的哦,”Quanta 点了点头,翅膀扇了扇,把桌上的糖纸吹走了,“不过我们魔法学院里一般不会这么干,不然糖放久了会化的,而且一直处于叠加态的东西,时间长了会‘迷路’,不知道自己要变成什么状态啦。对了,你刚才掉的半块糖,我帮你变回来啦。”她挥了挥手,小宇刚才掉的半块橘子糖突然出现在小宇的另一只手里,还是温的。
为了让小宇更明白,Quanta 还拿出了一枚亮闪闪的硬币:“你看,这个硬币,正面是0,反面是1,就像普通电脑的比特。你把它扔到空中,在它掉下来之前,你不知道它是正面还是反面,这时候它就处于叠加态,既是正面也是反面,就像量子比特一样。等你把它拍在桌子上,它就会变成确定的正面或反面,这就是测量坍缩啦。”
小宇接过硬币,扔了好几次,果然,硬币在空中的时候,他总觉得它既是正面也是反面,只有拍在桌子上的时候,才会变成确定的图案。他突然想起上周在科技馆看到的量子比特演示,那个发光的球在空中的时候,就是同时亮着0和1,拍下去的时候就只亮一个,原来就是这个道理啊!
量子世界的第二条规则:量子纠缠(Quantum Entanglement)
“除了叠加态,我们量子世界还有一个更神奇的规则哦,”Quanta 变出两个小小的玻璃珠,一个是透明的,一个是淡蓝色的,她把透明的那个递给小宇,自己攥着淡蓝色的那个,“你看这两个玻璃珠,是一对‘量子纠缠对’,它们俩不管离得多远,都能瞬间知道对方的状态。”
Quanta 把小宇手里的玻璃珠放在云上,往后退了十步远,然后把自己手里的淡蓝色玻璃珠攥成了红色,小宇手里的透明玻璃珠“唰”地一下也变成了红色,速度快得小宇连眨眼的功夫都没浪费。Quanta 又松开手,把玻璃珠变成淡蓝色,小宇手里的也跟着变成了淡蓝色。她飞得远远的,都快到云边上了,手里把玻璃珠变成黄色,小宇手里的也瞬间变成了黄色,连点延迟都没有。
“哇!这是什么魔法?比光速还快啊!”小宇惊讶得嘴都合不拢,他之前听科普书里说过,光速是宇宙里最快的速度,没有什么能比光速更快,可是刚才玻璃珠变颜色的速度,比光还快啊,要是用这个来传消息,岂不是比5G还快?
“这个就是我们量子世界的第二条奇妙规则,叫量子纠缠(Quantum Entanglement),”Quanta 飞回来,翅膀扇得慢了些,好像刚才飞太远也有点累,“就像你们人类里的双胞胎,一个在操场跑步,一个在教室里上课,一个摔倒了,另一个哪怕隔着一堵墙,也能立刻知道,还能立刻做出一样的表情。纠缠的两个量子也是一样,不管离得有多远,哪怕一个在地球,一个在月球,一个的状态变了,另一个也会瞬间变,这个连爱因斯坦都觉得不可思议,叫他‘幽灵般的超距作用’呢。”
小宇似懂非懂地点点头,他想起上次他和妹妹一起玩,妹妹在楼下摔了一跤,他刚在楼上写作业,就突然心里一紧,好像也摔了一跤似的,难道那时候