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上帝掷骰子吗--量子物理史话 作者:castor_v_pollux-第18章

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策,而微粒也还是无法解释双缝干涉。双方很快就发现,战线还是那条战线,谁都没能前

进一步,只不过战场被扩大了而已。电子现在也被拉进有关光本性的这场战争,这使得战

争全面地被升级。现在的问题,已经不再仅仅是光到底是粒子还是波,现在的问题,是电

子到底是粒子还是波,你和我到底是粒子还是波,这整个物质世界到底是粒子还是波。

事实上,波动这次对电子的攻击只有更加激发了粒子们的同仇敌忾之心。现在,光子、电

子、α粒子、还有更多的基本粒子,他们都决定联合起来,为了“大粒子王国”的神圣保

卫战而并肩奋斗。这场波粒战争,已经远远超出了光的范围,整个物理体系如今都陷于这

个争论中,从而形成了一次名副其实的世界大战。玻尔在1924年曾试图给这两支军队调停

,他和克莱默(Kramers)还有斯雷特(Slater)发表了一个理论(称作BSK理论),尝试

同时从波和粒子的角度去解释能量转换,但双方正打得眼红,这次调停成了外交上的彻底

失败,不久就被实验所否决。战火熊熊,燃遍物理学的每一寸土地,同时也把它的未来炙

烤得焦糊不清。

物理学已经走到了一个十字路口。它迷茫而又困惑,不知道前途何去何从。昔日的经典辉

煌已经变成断瓦残垣,一切回头路都被断绝。如今的天空浓云密布,不见阳光,在大地上

投下一片阴影。人们在量子这个精灵的带领下一路走来,沿途如行山阴道上,精彩目不暇

接,但现在却突然发现自己已经身在白云深处,彷徨而不知归路。放眼望去,到处是雾茫

茫一片,不辨东南西北,叫人心中没底。玻尔建立的大厦虽然看起来还是顶天立地,但稍

微了解一点内情的工程师们都知道它已经几经裱糊,伤筋动骨,摇摇欲坠,只是仍然在苦

苦支撑而已。更何况,这个大厦还凭借着对应原理的天桥,依附在麦克斯韦的旧楼上,这

就教人更不敢对它的前途抱有任何希望。在另一边,微粒和波动打得烽火连天,谁也奈何

不了谁,长期的战争已经使物理学的基础处在崩溃边缘,它甚至不知道自己是建立在什么

东西之上。

不过,我们也不必过多地为一种悲观情绪所困扰。在大时代的黎明到来之前,总是要经历

这样的深深的黑暗,那是一个伟大理论诞生前的阵痛。当大风扬起,吹散一切岚雾的时候

,人们会惊喜地发现,原来他们已经站在高高的山峰之上,极目望去,满眼风光。

那个带领我们穿越迷雾的人,后来回忆说:“1924到1925年,我们在原子物理方面虽然进

入了一个浓云密布的领域,但是已经可以从中看见微光,并展望出一个令人激动的远景。



说这话的是一个来自德国的年轻人,他就是维尔纳?海森堡(Werner Heisenberg)。

在本史话第二章的最后,我们已经知道,海森堡于1901年出生于维尔兹堡(Würzburg),

他的父亲后来成为了一位有名的希腊文教授。小海森堡9岁那年,他们全家搬到了慕尼黑

,他的祖父在那里的一间学校(叫做Maximilians Gymnasium的)当校长,而海森堡也自

然进了这间学校学习。虽然属于“高干子弟”,但小海森堡显然不用凭借这种关系来取得

成绩,他的天才很快就开始让人吃惊,特别是数学和物理方面的,但是他同时也对宗教、

文学和哲学表现出强烈兴趣。这样的多才多艺预示着他以后不仅仅将成为一个划时代的物

理学家,同时也将成为一为重要的哲学家。

1919年,海森堡参予了镇压巴伐利亚苏维埃共和国的军事行动,当然那时候他还只是个大

男孩,把这当成一件好玩的事情而已。对他来说,更严肃的是在大学里选择一条怎样的道

路。当他进入慕尼黑大学后,这种选择便很现实地摆在他面前:是跟着林德曼

(Ferdinand von Lindemann),一位著名的数学家学习数论呢,还是跟着索末非学习物

理?海森堡终于选择了后者,从而迈出了一个科学巨人的第一步。

1922年,玻尔应邀到哥廷根进行学术访问,引起轰动,甚至后来被称为哥廷根的“玻尔节

”。海森堡也赶到哥廷根去听玻尔的演讲,才三年级的他竟然向玻尔提出一些学术观点上

的异议,使得玻尔对他刮目相看。事实上,玻尔此行最大的收获可能就是遇到了海森堡和

泡利,两个天才无限的年轻人。而这两人之后都会远赴哥本哈根,在玻尔的研究室和他一

起工作一段日子。

到了1925年,海森堡——他现在是博士了——已经充分成长为一个既朝气蓬勃又不乏成熟

的物理学家。他在慕尼黑、哥廷根和哥本哈根的经历使得他得以师从当时最好的几位物理

大师。而按他自己的说法,他从索末非那里学到了乐观态度,在哥廷根从波恩,弗兰克还

有希尔伯特那里学到了数学,而从玻尔那里,他学到了物理(索末非似乎很没有面子,呵

呵)。

现在,该轮到海森堡自己上场了。物理学的天空终将云开雾散,露出璀璨的星光让我们目

眩神迷。在那其中有几颗特别明亮的星星,它们的光辉照亮了整个夜空,组成了最华丽的

星座。不用费力分辩,你应该能认出其中的一颗,它就叫维尔纳?海森堡。作为量子力学

的奠基人之一,这个名字将永远镌刻在时空和历史中。


*********
饭后闲话:被误解的名言

这个闲话和今天的正文无关,不过既然这几日讨论牛顿,不妨多披露一些关于牛顿的历史

事实。

牛顿最为人熟知的一句名言是这样说的:“如果我看得更远的话,那是因为我站在巨人的

肩膀上”(If I have seen further it is by standing on ye shoulders of Giants)

。这句话通常被用来赞叹牛顿的谦逊,但是从历史上来看,这句话本身似乎没有任何可以

理解为谦逊的理由。

首先这句话不是原创。早在12世纪,伯纳德(Bernard of Chartres,他是中世纪的哲学

家,著名的法国沙特尔学校的校长)就说过:“Nos esse quasi nanos gigantium 

humeris insidientes”。这句拉丁文的意思就是说,我们都像坐在巨人肩膀上的矮子。

这句话,如今还能在沙特尔市那著名的哥特式大教堂的窗户上找到。从伯纳德以来,至少

有二三十个人在牛顿之前说过类似的话。

牛顿说这话是在1676年给胡克的一封信中。当时他已经和胡克在光的问题上吵得昏天黑地

,争论已经持续多年(可以参见我们的史话)。在这封信里,牛顿认为胡克把他(牛顿自

己)的能力看得太高了,然后就是这句著名的话:“如果我看得更远的话,那是因为我站

在巨人的肩膀上”。

这里面的意思无非两种:牛顿说的巨人如果指胡克的话,那是一次很明显的妥协:我没有

抄袭你的观念,我只不过在你工作的基础上继续发展——这才比你看得高那么一点点。牛

顿想通过这种方式委婉地平息胡克的怒火,大家就此罢手。但如果要说大度或者谦逊,似

乎很难谈得上。牛顿为此一生记恨胡克,哪怕几十年后,胡克早就墓木已拱,他还是不能

平心静气地提到这个名字,这句话最多是试图息事宁人的外交词令而已。另一种可能,巨

人不指胡克,那就更明显了:我的工作就算不完全是自己的,也是站在前辈巨人们的肩上

——没你胡克的事。

更多的历史学家认为,这句话是一次恶意的挪揄和讽刺——胡克身材矮小,用“巨人”似

乎暗含不怀好意。持这种观点的甚至还包括著名的史蒂芬?霍金,正是他如今坐在当年牛

顿卢卡萨教授的位子上。

牛顿还有一句有名的话,大意说他是海边的一个小孩子,捡起贝壳玩玩,但还没有发现真

理的大海。这句话也不是他的原创,最早可以追溯到Joseph Spence。但牛顿最可能是从

约翰?米尔顿的《复乐园》中引用(牛顿有一本米尔顿的作品集)。这显然也是精心准备

的说辞,牛顿本人从未见过大海,更别提在海滩行走了。他一生中见过的最大的河也就是

泰晤士河,很难想象大海的意象如何能自然地从他的头脑中跳出来。

我谈这些,完全没有诋毁谁的意思。我只想说,历史有时候被赋予了太多的光圈和晕轮,

但还历史的真相,是每一个人的责任,不论那真相究竟是什么。同时,这也丝毫不影响牛

顿科学上的成就——他是有史以来最伟大的科学家。



上帝掷骰子吗——量子物理史话(5…1)

 版权所有:castor_v_pollux 原作   提交时间:2003…10…10 09:24:28



第五章 曙光



属于海森堡的篇章要从1924年7月开始讲起。那个月份对于海森堡可算是喜讯不断,他的

关于反常塞曼效应的论文通过审核,从而使他晋升为讲师,获得在德国大学的任意级别中

讲学的资格。而玻尔——他对这位出色的年轻人显然有着明显的好感——也来信告诉他,

他已经获得了由洛克菲勒(Rockefeller)财团资助的国际教育基金会(IEB)的奖金,为

数1000美元,从而让他有机会远赴哥本哈根,与玻尔本人和他的同事们共同工作一年。也

是无巧不成书,海森堡原来在哥廷根的导师波恩正好要到美国讲学,于是同意海森堡到哥

本哈根去,只要在明年5月夏季学期开始前回来就可以了。从后来的情况看,海森堡对哥

本哈根的这次访问无疑对于量子力学的发展有着积极的意义。

玻尔在哥本哈根的研究所当时已经具有了世界性的声名,和哥廷根,慕尼黑一起,成为了

量子力学发展史上的“黄金三角”。世界各地的学者纷纷前来访问学习,1924年的秋天有

近10位访问学者,其中6位是IEB资助的,而这一数字很快就开始激增,使得这幢三层楼的

建筑不久就开始显得拥挤,从而不得不展开扩建。海森堡在结束了他的暑假旅行之后,于

1924年9月17日抵达哥本哈根,他和另一位来自美国的金(King)博士住在一位刚去世的

教授家里,并由孀居的夫人照顾他们的饮食起居。对于海森堡来说,这地方更像是一所语

言学校——他那糟糕的英语和丹麦语水平都在逗留期间有了突飞猛涨的进步。

言归正传。我们在前面讲到,1924,1925年之交,物理学正处在一个非常艰难和迷茫的境

地中。玻尔那精巧的原子结构已经在内部出现了细小的裂纹,而辐射问题的本质究竟是粒

子还是波动,双方仍然在白热化地交战。康普顿的实验已经使得最持怀疑态度的物理学家

都不得不承认,粒子性是无可否认的,但是这就势必要推翻电磁体系这个已经扎根于物理

学百余年的庞然大物。而后者所依赖的地基——麦克斯韦理论看上去又是如此牢不可破,

无法动摇。

我们也已经提到,在海森堡来到哥本哈根前不久,玻尔和他的助手克莱默(Kramers)还

有斯雷特(Slater)发表了一个称作BKS的理论以试图解决波和粒子的两难
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