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上帝掷骰子吗-第16部分
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终于可以狠狠地嘲笑一下死对头微粒。《波动日报》发表社论,宣称自己取得了决定性的胜利。“微粒的反叛势力终将遭遇到他们应有的可耻
结局——电子的下场就是明证。”光子的反击,在波动的眼中突然变得不值一提了,连电子这个老大哥都搞定了,还怕小小的光子?
不过这次,波动的乐观态度未免太一厢情愿,它高兴得过早了。微粒方面的宣传舆论工具也没闲着,《微粒新闻》的记者采访了德布罗意,结
果德布罗意说,当今的辐射物理被分成粒子和波两种观点,这两种观点应当以某种方式统一,而不是始终地尖锐对立——这不利于理论的发展
前景。对于微粒来说,讲和的提议自然是无法接受的,但至少让它高兴的是,德布罗意没有明确地偏向波动一方。微粒的技术人员也随即展开
反击,光究竟是粒子还是波都还没说清,谁敢那样大胆地断言电子是个波?让我们看看电子在威尔逊云室里的表现吧。
威尔逊云室是英国科学家威尔逊(C。T。R。Wilson)在1911年发明的一种仪器。水蒸气在尘埃或者离子通过的时候,会以它们为中心凝结成一串
水珠,从而在粒子通过之处形成一条清晰可辨的轨迹,就像天空中喷气式飞机身后留下的白雾。利用威尔逊云室,我们可以研究电子和其他粒
子碰撞的情况,结果它们的表现完全符合经典粒子的规律。在过去,这或许是理所当然的事情,但现在对于粒子军来说,这个证据是宝贵的。
威尔逊因为发明云室在1927年和康普顿分享了诺贝尔奖金。如果说1937年戴维逊和汤姆逊的获奖标志着波动的狂欢,那10年的这次诺贝尔颁奖
礼无疑是微粒方面的一次盛典。不过那个时候,战局已经出乎人们的意料,有了微妙的变化。当然这都是后话了。
捕捉电子位置的仪器也早就有了,电子在感应屏上,总是激发出一个小亮点。Hey,微粒的将军们说,波动怎么解释这个呢?哪怕是电子组成衍
射图案,它还是一个一个亮点这样堆积起来的。如果电子是波的话,那么理论上单个电子就能构成整个图案,只不过非常黯淡而已。可是情况
显然不是这样,单个电子只能构成单个亮点,只有大量电子的出现,才逐渐显示出衍射图案来。
微粒的还击且不去说他,更糟糕的是,无论微粒还是波动,都没能在“德布罗意事变”中捞到实质性的好处。波动的嘲笑再尖刻,它还是对光
电效应、康普顿效应等等现象束手无策,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,沿途如行山荫。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。
第五章 曙光
一
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
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