序言本世纪末的科学

    一百年前，也就是十九世纪行将结束之时，全世界的科学家都深感欣慰，因为他们对物质世界有了比较准确的认识。正如物理学家阿拉斯泰尔雷所说：“看来，到十九世纪末，人们已经认识了支配物质世界运行的基本原理。”确实有许多科学家声称，物理学研究几乎已功德圆满：除了一些细微末节和补充，物理学上不会再有重大发现。

    可是在十九世纪的最后十年，几个奇特的现象引起人们的关注。伦琴发现了可以穿透人体的光，由于无法解释，他就称之为x光。两个月后，在一次偶然的情况下，亨利贝克雷尔发现一小块铀矿石发出了使照相底版感光的物质。一八九七年发现了电流的载体——电子。

    不过，整个物理学界波澜不兴，依然希望这些奇特现象最终能以当时的物理学理论来解释。谁也不会想到，在此后不到五年的时间内，他们对物质世界那种自鸣得意的看法就将被彻底推翻，取而代之的将是一种令人震惊的全新概念，以及一系列将改变二十世纪生活方式的不可思议的全新技术。

    如果在一八九九年的时候，你对一位物理学家发表下述任何一种看法，他肯定会认为你是在痴人说梦：到一九九九年，也就是一百年之后，通过在天上的卫星，可以把活动图像传送到地球上的千家万户；一些威力无比的炸弹将对世界的物种构成威胁；抗菌素将消灭传染性疾病，可是疾病又会产生抗药性；妇女将获得选举权。而且会用药片来控制生育；每个小时都会有成千上万的人乘飞机飞上蓝天，而这些飞机却无需操纵便可自动起降；人们将以每小时两千英里的速度飞越大西洋；人类将登上月球，接着又会失去对它的兴趣；通过显微镜可以看见单个的原子；无论在世界上什么地方，只要手持几盎司重的手机就可以打电话；这些奇迹大多数靠的都是一些只有邮票大小的装置，而这些装置所利用的则是全新的量子力学理论。

    上述的大多数科学发展在一八九九年是无法预言的，因为当时占主导地位的科学理论认为它们是不可能的。尽管当时也许会认为像出现飞机等少数科学发展并非不可能，但其最终的应用规模则是无法想像的。也许当时可以想像出一架飞机在蓝天翱翔的情景，但同时有一万架飞机在天上飞行的情景，在当时则是不可思议的。

    在即将进入二十世纪的时候，即使那些知识最渊博的科学家，对于未来会发生什么也不甚了了。这一说法并非虚辞妄语。

    在即将跨入二十一世纪门槛之际，我们所面临的情况又是何其相似！物理学家们再次认为物质世界已经得到了解释，今后不会再有惊天动地的发现。但是由于有前车之鉴，他们没有公开表明这样的观点，可是他们内心深处却是这样想的。有的评论家甚至提出，科学作为一门学科，已完成其使命，不会再有什么重大发现有待它去完成。

    可是，就像十九世纪后期出现过一些预示未来的现象一样，二十世纪后期也出现了一些预示未来的迹象，其中最重要的就是人们对所谓量子技术的兴趣。量子技术是一项许多学科前沿都在努力开拓的新技术，它利用的是亚原子世界的基本特征，它将使我们对事物可能性的认识发生革命性的重大变化。

    量子技术与我们通常对物质世界运行机制的认识格格不入。它所假定的是这样一个世界：电脑不必打开就能工作，东西不用去找就能发现。用一个原子就能制造出一台威力无穷的电脑。两点之间无需任何电缆和网络就可以进行信息交换。不必接触远方的物体就能对它进行检查。电脑可以在其他宇宙里运作。电子运输——“把我电运过去，司各特”——不仅很普通，而且方式多样。

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