第四章 白云深處

一

應(yīng)該說，玻爾關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的新理論出臺(tái)后，是并不怎么受到物理學(xué)家們的歡迎的。這個(gè)理論，在某些人的眼中，居然懷有推翻麥克斯韋體系的狂妄意圖，本身就是大逆不道的。瑞利爵士（我們前面提到過的瑞利-金斯線的發(fā)現(xiàn)者之一）對(duì)此表現(xiàn)得完全不感興趣，J.J.湯姆遜，玻爾在劍橋的導(dǎo)師，拒絕對(duì)此發(fā)表評(píng)論。另一些不那么德高望重的人就直白多了，比如一位物理學(xué)家在課堂上宣布：“如果這些要用量子力學(xué)才能解釋的話，那么我情愿不予解釋。”另一些人則聲稱，要是量子模型居然是真實(shí)的話，他們從此退出物理學(xué)界。即使是思想開放的人，比如愛因斯坦和波恩，最初也覺得完全接受這一理論太勉強(qiáng)了一些。

但是量子的力量超乎任何人的想象。勝利來得如此之快之迅猛，令玻爾本人都幾乎茫然而不知所措。首先，玻爾的推導(dǎo)完全符合巴耳末公式所描述的氫原子譜線，而從W2-W1 = hν這個(gè)公式，我們可以倒過來推算ν的表述，從而和巴耳末的原始公式ν＝R（1/2^2 - 1/n^2）對(duì)比，計(jì)算出里德伯常數(shù)R的理論值來。而事實(shí)上，玻爾理論的預(yù)言和實(shí)驗(yàn)值僅相差千分之一，這無疑使得他的理論頓時(shí)具有了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

不僅如此，玻爾的模型更預(yù)測(cè)了一些新的譜線的存在，這些預(yù)言都很快為實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們所證實(shí)。而在所謂“皮克林線系”（Pickering line series）的爭(zhēng)論中，玻爾更是以強(qiáng)有力的證據(jù)取得了決定性的勝利。他的原子體系異常精確地說明了一些氦離子的光譜，準(zhǔn)確性相比舊的方程，達(dá)到了令人驚嘆的地步。而亨利•莫斯里（我們前面提到過的年輕天才，可惜死在戰(zhàn)場(chǎng)上的那位）關(guān)于X射線的工作，則進(jìn)一步證實(shí)了原子有核模型的正確。人們現(xiàn)在已經(jīng)知道，原子的化學(xué)性質(zhì)，取決于它的核電荷數(shù)，而不是傳統(tǒng)認(rèn)為的原子量?；诓柪碚摰碾娮託幽Ｐ?，也一步一步發(fā)展起來。只有幾個(gè)小困難需要解決，比如人們發(fā)現(xiàn)，氫原子的光譜并非一根線，而是可以分裂成許多譜線。這些效應(yīng)在電磁場(chǎng)的參予下又變得更為古怪和明顯（關(guān)于這些現(xiàn)象，人們用所謂的“斯塔克效應(yīng)”和“塞曼效應(yīng)”來描述）。但是玻爾體系很快就予以了強(qiáng)有力的回?fù)?，在?zhēng)取到愛因斯坦相對(duì)論的同盟軍以及假設(shè)電子具有更多的自由度（量子數(shù)）的條件下，玻爾和別的一些科學(xué)家如索末菲（A.Sommerfeld）證明，所有的這些現(xiàn)象，都可以順利地包容在玻爾的量子體系之內(nèi)。雖然殘酷的世界大戰(zhàn)已經(jīng)爆發(fā)，但是這絲毫也沒有阻擋科學(xué)在那個(gè)時(shí)期前進(jìn)的偉大步伐。

每一天，新的報(bào)告和實(shí)驗(yàn)證據(jù)都如同雪花一樣飛到玻爾的辦公桌上。而幾乎每一份報(bào)告，都在進(jìn)一步地證實(shí)玻爾那量子模型的正確性。當(dāng)然，伴隨著這些報(bào)告，鋪天蓋地而來的還有來自社會(huì)各界的祝賀，社交邀請(qǐng)以及各種大學(xué)的聘書。玻爾儼然已經(jīng)成為原子物理方面的帶頭人。出于對(duì)祖國(guó)的責(zé)任感，他拒絕了盧瑟福為他介紹的在曼徹斯特的職位，雖然無論從財(cái)政還是學(xué)術(shù)上說，那無疑是一個(gè)更好的選擇。玻爾現(xiàn)在是哥本哈根大學(xué)的教授，并決定建造一所專門的研究所以用作理論物理方面的進(jìn)一步研究。這個(gè)研究所，正如我們以后將要看到的那樣，將會(huì)成為歐洲一顆令人矚目的明珠，它的光芒將吸引全歐洲最出色的年輕人到此聚集，并發(fā)射出更加璀璨的思想光輝。

在這里，我們不妨還是回顧一下玻爾模型的一些基本特點(diǎn)。它基本上是盧瑟福行星模型的一個(gè)延續(xù)，但是在玻爾模型中，一系列的量子化條件被引入，從而使這個(gè)體系有著鮮明的量子化特點(diǎn)。

首先，玻爾假設(shè)，電子在圍繞原子核運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，只能處于一些“特定的”能量狀態(tài)中。這些能量狀態(tài)是不連續(xù)的，稱為定態(tài)。你可以有E1，可以有E2，但是不能取E1和E2之間的任何數(shù)值。正如我們已經(jīng)描述過的那樣，電子只能處于一個(gè)定態(tài)中，兩個(gè)定態(tài)之間沒有緩沖地帶，那里是電子的禁區(qū)，電子無法出現(xiàn)在那里。

但是，玻爾允許電子在不同的能量態(tài)之間轉(zhuǎn)換，或者說，躍遷。電子從能量高的E2狀態(tài)躍遷到E1狀態(tài)，就放射出E2-E1的能量來，這些能量以輻射的方式釋放，根據(jù)我們的基本公式，我們知道這輻射的頻率為ν，從而使得E2-E1 = hν。反過來，當(dāng)電子吸收了能量，它也可以從能量低的狀態(tài)攀升到一個(gè)能量較高的狀態(tài)，其關(guān)系還是符合我們的公式。我們必須注意，這種能量的躍遷是一個(gè)量子化的行為，如果電子從E2躍遷到E1，這并不表示，電子在這一過程中經(jīng)歷了E2和E1兩個(gè)能量之間的任何狀態(tài)。如果你還是覺得困惑，那表示連續(xù)性的幽靈還在你的腦海中盤旋。事實(shí)上，量子像一個(gè)高超的魔術(shù)師，它在舞臺(tái)的一端微笑著揮舞著帽子登場(chǎng)，轉(zhuǎn)眼間便出現(xiàn)在舞臺(tái)的另一邊。而在任何時(shí)候，它也沒有經(jīng)過舞臺(tái)的中央部分！

每一個(gè)可能的能級(jí)，都代表了一個(gè)電子的運(yùn)行軌道，這就好比離地面500公里的衛(wèi)星和離地面800公里的衛(wèi)星代表了不同的勢(shì)能一樣。當(dāng)電子既不放射也不吸收能量的時(shí)候，它就穩(wěn)定地在一條軌道上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)它吸收了一定的能量，它就從原先的那個(gè)軌道消失，神秘地出現(xiàn)在離核較遠(yuǎn)的一條能量更高的軌道上。反過來，當(dāng)它絕望地向著核墜落，就放射出它在高能軌道上所搜刮的能量來。

人們很快就發(fā)現(xiàn)，一個(gè)原子的化學(xué)性質(zhì)，主要取決于它最外層的電子數(shù)量，并由此表現(xiàn)出有規(guī)律的周期性來。但是人們也曾經(jīng)十分疑惑，那就是對(duì)于擁有眾多電子的重元素來說，為什么它的一些電子能夠長(zhǎng)期地占據(jù)外層的電子軌道，而不會(huì)失去能量落到靠近原子核的低層軌道上去。這個(gè)疑問由年輕的泡利在1925年做出了解答：他發(fā)現(xiàn)，沒有兩個(gè)電子能夠享有同樣的狀態(tài)，而一層軌道所能夠包容的不同狀態(tài)，其數(shù)目是有限的，也就是說，一個(gè)軌道有著一定的容量。當(dāng)電子填滿了一個(gè)軌道后，其他電子便無法再加入到這個(gè)軌道中來。

一個(gè)原子就像一幢宿舍，每間房間都有一個(gè)四位數(shù)的門牌號(hào)碼。底樓只有兩間房間，分別是1001和1002。而二樓則有8間房間，門牌分別是2001，2002，2101，2102，2111，2112，2121和2122。越是高層的樓，它的房間數(shù)量就越多。脾氣暴躁的管理員泡利在大門口張貼了一張布告，宣布沒有兩個(gè)電子房客可以入住同一間房屋。于是電子們爭(zhēng)先恐后地涌入這幢大廈，先到的兩位占據(jù)了底樓那兩個(gè)價(jià)廉物美的房間，后來者因?yàn)榈讟且呀?jīng)住滿，便不得不退而求其次，開始填充二樓的房間。二樓住滿后，又輪到三樓、四樓……一直到租金離譜的六樓、七樓、八樓。不幸住在高處的電子雖然入不敷出，卻沒有辦法，因?yàn)闃窍露甲M了人，沒法搬走。叫苦不迭的他們把泡利那蠻橫的規(guī)定稱作“不相容原理”。

但是，這一措施的確能夠更好地幫助人們理解“化學(xué)社會(huì)”的一些基本行為準(zhǔn)則。比如說，喜歡合群的電子們總是試圖讓一層樓的每個(gè)房間都住滿房客。我們?cè)O(shè)想一座“鈉大廈”，在它的三樓，只有一位孤零零的房客住在3001房。而在相鄰的“氯大廈”的三樓，則正好只有一間空房沒人入主（3122）。出于電子對(duì)熱鬧的向往，鈉大廈的那位孤獨(dú)者順理成章地決定搬遷到氯大廈中去填滿那個(gè)空白的房間，而他也受到了那里房客們的熱烈歡迎。這一舉動(dòng)也促成了兩座大廈的聯(lián)誼，形成了一個(gè)“食鹽社區(qū)”。而在某些高層大廈里，由于空房間太多，沒法找到足夠的孤獨(dú)者來填滿一層樓，那么，即使僅僅填滿一個(gè)側(cè)翼（wing），電子們也表示滿意。

所有的這一切，當(dāng)然都是形象化和籠統(tǒng)的說法。實(shí)際情況要復(fù)雜得多，比如每一層樓的房間還因?yàn)樵O(shè)施的不同分成好幾個(gè)等級(jí)。越高越貴也不是一個(gè)普遍原則，比如六樓的一間總統(tǒng)套房就很可能比七樓的普通間貴上許多。但這都不是問題，關(guān)鍵在于，玻爾的電子軌道模型非常有說服力地解釋了原子的性質(zhì)和行為，它的預(yù)言和實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本上吻合得絲絲入扣。在不到兩年的時(shí)間里，玻爾理論便取得了輝煌的勝利，全世界的物理學(xué)家們都開始接受玻爾模型。甚至我們的那位頑固派——拒絕承認(rèn)量子實(shí)際意義的普朗克——也開始重新審視自己當(dāng)初那偉大的發(fā)現(xiàn)。

玻爾理論的成就是巨大的，而且非常地深入人心，他本人為此在1922年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)金。但是，這仍然不能解決它和舊體系之間的深刻矛盾。麥克斯韋的方程可不管玻爾軌道的成功與否，它仍然還是要說，一個(gè)電子圍繞著原子核運(yùn)動(dòng)，必定釋放出電磁輻射來。對(duì)此玻爾也感到深深的無奈，他還沒有這個(gè)能力去推翻整個(gè)經(jīng)典電磁體系，用一句流行的話來說，“封建殘余力量還很強(qiáng)大哪”。作為妥協(xié)，玻爾轉(zhuǎn)頭試圖將他的原子體系和麥?zhǔn)侠碚撜{(diào)和起來，建立一種兩種理論之間的聯(lián)系。他力圖向世人證明，兩種體系都是正確的，但都只在各自適用的范圍內(nèi)才能成立。當(dāng)我們的眼光從原子范圍逐漸擴(kuò)大到平常的世界時(shí)，量子效應(yīng)便逐漸消失，經(jīng)典的電磁論得以再次取代h常數(shù)成為世界的主宰。在這個(gè)過程中，無論何時(shí)，兩種體系都存在著一個(gè)確定的對(duì)應(yīng)狀態(tài)。這就是他在1918年發(fā)表的所謂“對(duì)應(yīng)原理”。

對(duì)應(yīng)原理本身具有著豐富的含義，直到今天還對(duì)我們有著借鑒意義。但是也無可否認(rèn)，這種與經(jīng)典體系“曖昧不清”的關(guān)系是玻爾理論的一個(gè)致命的先天不足。他引導(dǎo)的是一場(chǎng)不徹底的革命，雖然以革命者的面貌出現(xiàn)，卻最終還要依賴于傳統(tǒng)勢(shì)力的支持。玻爾的量子還只能靠著經(jīng)典體系的力量行動(dòng)，它的自我意識(shí)仍在深深沉睡之中而沒有蘇醒。當(dāng)然，盡管如此，它的成就已經(jīng)令世人驚嘆不已，可這并不能避免它即將在不久的未來，拖曳著長(zhǎng)長(zhǎng)的尾光墜落到地平線的另一邊去，成為一顆一閃而逝的流星。

當(dāng)然了，這樣一個(gè)具有偉大意義的理論居然享壽如此之短，這只說明一件事：科學(xué)在那段日子里的前進(jìn)步伐不是我們所能夠想象的。那是一段可遇不可求的歲月，理論物理的黃金年代。如今回首，只有皓月清風(fēng)，伴隨大江東去。

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飯后閑話：原子和星系

盧瑟福的模型一出世，便被稱為“行星模型”或者“太陽(yáng)系模型”。這當(dāng)然是一種形象化的叫法，但不可否認(rèn)，原子這個(gè)極小的體系和太陽(yáng)系這個(gè)極大的體系之間居然的確存在著許多相似之處。兩者都有一個(gè)核心，這個(gè)核心占據(jù)著微不足道的體積（相對(duì)整個(gè)體系來說），卻集中了99％以上的質(zhì)量和角動(dòng)量。人們不禁要聯(lián)想，難道原子本身是一個(gè)“小宇宙”？或者，我們的宇宙，是由千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)“小宇宙”所組成的，而它反過來又和千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)別的宇宙組成更大的“宇宙”？這令人想起威廉•布萊克（William Blake）那首著名的小詩(shī)：

To see a world in a grain of sand. *從一粒沙看見世界
And a heaven in a wild flower *從一朵花知道天宸
Hold infinity in the palm of your hand *用一只手把握無限
And eternity in an hour *用一剎那留住永恒

我們是不是可以“從一粒沙看見世界”呢？原子和太陽(yáng)系的類比不能給我們太多的啟迪，因?yàn)樾行侵g的實(shí)際距離相對(duì)電子來說，可要遠(yuǎn)的多了（當(dāng)然是從比例上講）。但是，最近有科學(xué)家提出，宇宙的確在不同的尺度上，有著驚人的重復(fù)性結(jié)構(gòu)。比如原子和銀河系的類比，原子和中子星的類比，它們都在各個(gè)方面——比如半徑、周期、振動(dòng)等——展現(xiàn)出了十分相似的地方。如果你把一個(gè)原子放大10^17倍，它所表現(xiàn)出來的性質(zhì)就和一個(gè)白矮星差不多。如果放大10^30倍，據(jù)信，那就相當(dāng)于一個(gè)銀河系。當(dāng)然，相當(dāng)于并不是說完全等于，我的意思是，如果原子體系放大10^30倍，它的各種力學(xué)和結(jié)構(gòu)常數(shù)就非常接近于我們觀測(cè)到的銀河系。還有人提出，原子應(yīng)該在高能情況下類比于同樣在高能情況下的太陽(yáng)系。也就是說，原子必須處在非常高的激發(fā)態(tài)下（大約主量子數(shù)達(dá)到幾百），那時(shí)，它的各種結(jié)構(gòu)就相當(dāng)接近我們的太陽(yáng)系。

這種觀點(diǎn)，即宇宙在各個(gè)層次上展現(xiàn)出相似的結(jié)構(gòu)，被稱為“分形宇宙”（Fractal Universe）模型。在它看來，哪怕是一個(gè)原子，也包含了整個(gè)宇宙的某些信息，是一個(gè)宇宙的“全息胚”。所謂的“分形”，是混沌動(dòng)力學(xué)里研究的一個(gè)饒有興味的課題，它給我們展現(xiàn)了復(fù)雜結(jié)構(gòu)是如何在不同的層面上一再重復(fù)。宇宙的演化，是否也遵從某種混沌動(dòng)力學(xué)原則，如今還不得而知，所謂的“分形宇宙”也只是一家之言罷了。這里當(dāng)作趣味故事，博大家一笑而已。

二

曾幾何時(shí)，玻爾理論的興起為整個(gè)陰暗的物理天空帶來了絢麗的光輝，讓人們以為看見了極樂世界的美景。不幸地是，這一虛假的泡沫式繁榮沒能持續(xù)太多的時(shí)候。舊的物理世界固然已經(jīng)在種種沖擊下變得瘡痍滿目，玻爾原子模型那宏偉的宮殿也沒能抵擋住更猛烈的革命沖擊，在混亂中被付之一炬，只留下些斷瓦殘?jiān)?，到今日供我們憑吊。最初的暴雨已經(jīng)過去，大地一片蒼涼，天空中仍然濃云密布。殘陽(yáng)似血，在天際投射出余輝，把這廢墟染成金紅一片，襯托出一種更為沉重的氣氛，預(yù)示著更大的一場(chǎng)風(fēng)暴的來臨。

玻爾王朝的衰敗似乎在它誕生的那一天就注定了。這個(gè)理論，雖然借用了新生量子的無窮力量，它的基礎(chǔ)卻仍然建立在脆弱的舊地基上。量子化的思想，在玻爾理論里只是一支雇傭軍，它更像是被強(qiáng)迫附加上去的，而不是整個(gè)理論的出發(fā)點(diǎn)和基礎(chǔ)。比如，玻爾假設(shè)，電子只能具有量子化的能級(jí)和軌道，但為什么呢？為什么電子必須是量子化的？它的理論基礎(chǔ)是什么呢？玻爾在這上面語(yǔ)焉不詳，顧左右而言他。當(dāng)然，苛刻的經(jīng)驗(yàn)主義者會(huì)爭(zhēng)辯說，電子之所以是量子化的，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)觀測(cè)到它們就是量子化的，不需要任何其他的理由。但無論如何，如果一個(gè)理論的基本公設(shè)令人覺得不太安穩(wěn)，這個(gè)理論的前景也就不那么樂觀了。在對(duì)待玻爾量子假設(shè)的態(tài)度上，科學(xué)家無疑地聯(lián)想起了歐幾里德的第五公設(shè)（這個(gè)公理說，過線外一點(diǎn)只能有一條直線與已知直線平行。人們后來證明這個(gè)公理并不是十分可靠的）。無疑，它最好能夠從一些更為基本的公理所導(dǎo)出，這些更基本的公理，應(yīng)該成為整個(gè)理論的奠基石，而不僅僅是華麗的裝飾。

后來的歷史學(xué)家們?cè)谠u(píng)論玻爾的理論時(shí)，總是會(huì)用到“半經(jīng)典半量子”，或者“舊瓶裝新酒”之類的詞語(yǔ)。它就像一位變臉大師，當(dāng)電子圍繞著單一軌道運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，它表現(xiàn)出經(jīng)典力學(xué)的面孔，一旦發(fā)生軌道變化，立即又轉(zhuǎn)為量子化的樣子。雖然有著技巧高超的對(duì)應(yīng)原理的支持，這種兩面派做法也還是為人所質(zhì)疑。不過，這些問題還都不是關(guān)鍵，關(guān)鍵是，玻爾大軍在取得一連串重大勝利后，終于發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)到了強(qiáng)弩之末，有一些堅(jiān)固的堡壘，無論如何是攻不下來的了。

比如我們都已經(jīng)知道的原子譜線分裂的問題，雖然在索末菲等人的努力下，玻爾模型解釋了磁場(chǎng)下的塞曼效應(yīng)和電場(chǎng)下的斯塔克效應(yīng)。但是，大自然總是有無窮的變化令人頭痛。科學(xué)家們不久就發(fā)現(xiàn)了譜線在弱磁場(chǎng)下的一種復(fù)雜分裂，稱作“反常塞曼效應(yīng)”。這種現(xiàn)象要求引進(jìn)值為1/2的量子數(shù)，玻爾的理論對(duì)之無可奈何，一聲嘆息。這個(gè)難題困擾著許多的科學(xué)家，簡(jiǎn)直令他們寢食難安。據(jù)說，泡利在訪問玻爾家時(shí)，就曾經(jīng)對(duì)玻爾夫人的問好回以暴躁的抱怨：“我當(dāng)然不好！我不能理解反常塞曼效應(yīng)！”這個(gè)問題，一直要到泡利提出他的不相容原理后，才算最終解決。

另外玻爾理論沮喪地發(fā)現(xiàn)，自己的力量?jī)H限于只有一個(gè)電子的原子模型。對(duì)于氫原子，氘原子，或者電離的氦原子來說，它給出的說法是令人信服的。但對(duì)于哪怕只有兩個(gè)核外電子的普通氦原子，它就表現(xiàn)得無能為力。甚至對(duì)于一個(gè)電子的原子來說，玻爾能夠說清的，也只不過是譜線的頻率罷了，至于譜線的強(qiáng)度、寬度或者偏振問題，玻爾還是只能聳聳肩，以他那大舌頭的口音說聲抱歉。

在氫分子的戰(zhàn)場(chǎng)上，玻爾理論同樣戰(zhàn)敗。

為了解決所有的這些困難，玻爾、蘭德（Lande）、泡利、克萊默（Kramers）等人做了大量的努力，引進(jìn)了一個(gè)又一個(gè)新的假定，建立了一個(gè)又一個(gè)新的模型，有些甚至違反了玻爾和索末菲的理論本身。到了1923年，慘淡經(jīng)營(yíng)的玻爾理論雖然勉強(qiáng)還算能解決問題，并獲得了人們的普遍認(rèn)同，它已經(jīng)像一件打滿了補(bǔ)丁的袍子，需要從根本上予以一次徹底變革了。哥廷根的那幫充滿朝氣的年輕人開始拒絕這個(gè)補(bǔ)丁累累的系統(tǒng)，希望重新尋求一個(gè)更強(qiáng)大、完美的理論，從而把量子的思想從本質(zhì)上植根到物理學(xué)里面去，以結(jié)束像現(xiàn)在這樣茍且的寄居生活。

玻爾體系的衰落和它的興盛一樣迅猛。越來越多的人開始關(guān)注原子世界，并做出了更多的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。每一天，人們都可以拿到新的資料，刺激他們的熱情，去揭開這個(gè)神秘王國(guó)的面貌。在哥本哈根和哥廷根，物理天才們興致勃勃地談?wù)撝雍?、電子和量子，一?yè)頁(yè)寫滿了公式和字母的手稿承載著靈感和創(chuàng)意，交織成一個(gè)大時(shí)代到來的序幕。青山遮不住，畢竟東流去。時(shí)代的步伐邁得如此之快，使得腳步蹣跚的玻爾原子終于力不從心，從歷史舞臺(tái)中退出，消失在漫漫黃塵中，只留下一個(gè)名字讓我們時(shí)時(shí)回味。

如果把1925年－1926年間海森堡（Werner Heisenberg）和薛定諤（Erwin Schrodinger）的開創(chuàng)性工作視為玻爾體系的壽終正寢的話，這個(gè)理論總共大約興盛了13年。它讓人們看到了量子在物理世界里的偉大意義，并第一次利用它的力量去揭開原子內(nèi)部的神秘面紗。然而，正如我們已經(jīng)看到的那樣，玻爾的革命是一次不徹底的革命，量子的假設(shè)沒有在他的體系里得到根本的地位，而似乎只是一個(gè)調(diào)和經(jīng)典理論和現(xiàn)實(shí)矛盾的附庸。玻爾理論沒法解釋，為什么電子有著離散的能級(jí)和量子化的行為，它只知其然，而不知其所以然。玻爾在量子論和經(jīng)典理論之間采取了折衷主義的路線，這使得他的原子總是帶著一種半新不舊的色彩，最終因?yàn)闊o法克服的困難而崩潰。玻爾的有軌原子像一顆耀眼的火流星，放射出那樣強(qiáng)烈的光芒，卻在轉(zhuǎn)眼間劃過夜空，復(fù)又墜落到黑暗和混沌中去。它是那樣地來去匆匆，以致人們都還來不及在衣帶上打一個(gè)結(jié)，許一些美麗的愿望。

但是，它的偉大意義卻不因?yàn)槠涠虝旱纳腥魏蔚耐噬?。是它挖掘出了量子的力量，為未來的開拓者鋪平了道路。是它承前啟后，有力地推動(dòng)了整個(gè)物理學(xué)的腳步。玻爾模型至今仍然是相當(dāng)好的近似，它的一些思想仍然為今人所借鑒和學(xué)習(xí)。它描繪的原子圖景雖然過時(shí)，但卻是如此形象而生動(dòng)，直到今天仍然是大眾心中的標(biāo)準(zhǔn)樣式，甚至代表了科學(xué)的形象。比如我們應(yīng)該能夠回憶，直到80年代末，在中國(guó)的大街上還是隨處可見那個(gè)代表了“科學(xué)”的圖形：三個(gè)電子沿著橢圓軌道圍繞著原子核運(yùn)行。這個(gè)圖案到了90年代終于消失了，想來總算有人意識(shí)到了問題。

在玻爾體系內(nèi)部，也已經(jīng)蘊(yùn)藏了隨機(jī)性和確定性的矛盾。就玻爾理論而言，如何判斷一個(gè)電子在何時(shí)何地發(fā)生自動(dòng)躍遷是不可能的，它更像是一個(gè)隨機(jī)的過程。1919年，應(yīng)普朗克的邀請(qǐng)，玻爾訪問了戰(zhàn)后的柏林。在那里，普朗克和愛因斯坦熱情地接待了他，量子力學(xué)的三大巨頭就幾個(gè)物理問題展開了討論。玻爾認(rèn)為，電子在軌道間的躍遷似乎是不可預(yù)測(cè)的，是一個(gè)自發(fā)的隨機(jī)過程，至少?gòu)睦碚撋险f沒辦法算出一個(gè)電子具體的躍遷條件。愛因斯坦大搖其頭，認(rèn)為任何物理過程都是確定和可預(yù)測(cè)的。這已經(jīng)埋下了兩人日后那場(chǎng)曠日持久爭(zhēng)論的種子。

當(dāng)然，我們可敬的尼爾斯•玻爾先生也不會(huì)因?yàn)榕f量子論的垮臺(tái)而退出物理舞臺(tái)。正相反，關(guān)于他的精彩故事才剛剛開始。他還要在物理的第一線戰(zhàn)斗很長(zhǎng)時(shí)間，直到逝世為止。1921年9月，玻爾在哥本哈根的研究所終于落成，36歲的玻爾成為了這個(gè)所的所長(zhǎng)。他的人格魅力很快就像磁場(chǎng)一樣吸引了各地的才華橫溢的年輕人，并很快把這里變成了全歐洲的一個(gè)學(xué)術(shù)中心。赫維西（Georg von Hevesy）、弗里西（Otto Frisch）、泡利、海森堡、莫特（Nevill Mott）、朗道（Lev D.Landau)、蓋莫夫（George Gamov）……人們向這里涌來，充分地感受這里的自由氣氛和玻爾的關(guān)懷，并形成一種富有激情、活力、樂觀態(tài)度和進(jìn)取心的學(xué)術(shù)精神，也就是后人所稱道的“哥本哈根精神”。在彈丸小國(guó)丹麥，出現(xiàn)了一個(gè)物理學(xué)界眼中的圣地，這個(gè)地方將深遠(yuǎn)地影響量子力學(xué)的未來，還有我們根本的世界觀和思維方式。

三

當(dāng)玻爾的原子還在泥潭中深陷苦于無法自拔的時(shí)候，新的革命已經(jīng)在醞釀之中。這一次，革命者并非來自窮苦的無產(chǎn)階級(jí)大眾，而是出自一個(gè)顯赫的貴族家庭。路易斯;維克托;皮雷;雷蒙;德布羅意王子（Prince Louis Victor Pierre Raymond de Broglie）將為他那榮耀的家族歷史增添一份新的光輝。

“王子”（Prince，也有翻譯為“公子”的）這個(gè)爵位并非我們通常所理解的，是國(guó)王的兒子。事實(shí)上在爵位表里，它的排名并不算高，而且似乎不見于英語(yǔ)世界。大致說來，它的地位要比“子爵”（Viscount）略低，而比“男爵”（Baron）略高。不過這只是因?yàn)槁芬姿乖诩抑胁⒎抢洗蠖?，德布羅意家族的歷史悠久，他的祖先中出了許許多多的將軍、元帥、部長(zhǎng)，曾經(jīng)忠誠(chéng)地在路易十四、路易十五、路易十六的麾下效勞。他們參加過波蘭王位繼承戰(zhàn)爭(zhēng)（1733－1735）、奧地利王位繼承戰(zhàn)爭(zhēng)（1740－1748）、七年戰(zhàn)爭(zhēng)（1756－1763）、美國(guó)獨(dú)立戰(zhàn)爭(zhēng)（1775－1782）、法國(guó)大革命（1789）、二月革命（1848），接受過弗蘭西斯二世（Francis II，神圣羅馬帝國(guó)皇帝，后來退位成為奧地利皇帝弗蘭西斯一世）以及路易•腓力（Louis Philippe，法國(guó)國(guó)王，史稱奧爾良公爵）的冊(cè)封，家族繼承著最高世襲身份的頭銜：公爵（法文Duc，相當(dāng)于英語(yǔ)的Duke）。路易斯;德布羅意的哥哥，莫里斯;德布羅意（Maurice de Broglie）便是第六代德布羅意公爵。1960年，當(dāng)莫里斯去世以后，路易斯終于從他哥哥那里繼承了這個(gè)光榮稱號(hào)，成為第七位duc de Broglie。

當(dāng)然，在那之前，路易斯還是頂著王子的爵號(hào)。小路易斯對(duì)歷史學(xué)表現(xiàn)出濃厚的興趣，他的祖父，Jacques Victor Albert, duc de Broglie，不但是一位政治家，曾于1873－1874年間當(dāng)過法國(guó)總理，同時(shí)也是一位出色的歷史學(xué)家，尤其精于晚羅馬史，寫出過著作《羅馬教廷史》（Histoire de l'église et de l'empire romain）。小路易斯在祖父的熏陶下，決定進(jìn)入巴黎大學(xué)攻讀歷史。18歲那年（1910），他從大學(xué)畢業(yè)，然而卻沒有在歷史學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行更多的研究，因?yàn)樗呐d趣已經(jīng)強(qiáng)烈地轉(zhuǎn)向物理方面。他的哥哥，莫里斯•德布羅意（第六代德布羅意公爵）是一位著名的射線物理學(xué)家，路易斯跟隨哥哥參加了1911年的布魯塞爾物理會(huì)議，他對(duì)科學(xué)的熱情被完全地激發(fā)出來，并立志把一生奉獻(xiàn)給這一令人激動(dòng)的事業(yè)。

轉(zhuǎn)投物理后不久，第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)了。德布羅意應(yīng)征入伍，被分派了一個(gè)無線電技術(shù)人員的工作。他比可憐的亨利;莫斯里要幸運(yùn)許多，能夠在大戰(zhàn)之后毫發(fā)無傷，繼續(xù)進(jìn)入大學(xué)學(xué)他的物理。他的博士導(dǎo)師是著名的保羅•朗之萬(wàn)（Paul Langevin）。

寫到這里筆者需要稍停一下做一點(diǎn)聲明。我們的史話講述到現(xiàn)在，雖然已經(jīng)回顧了一些令人激動(dòng)的革命和讓人大開眼界的新思想（至少筆者希望如此），但總的來說，仍然是在經(jīng)典世界的領(lǐng)域里徘徊。而且根據(jù)本人的印象，至今為止，我們的話題大體還沒有超出中學(xué)物理課本和高考的范圍。對(duì)于普通的讀者來說，唯一稍感陌生的，可能只是量子的跳躍思想。而接受這一思想，也并不是一件十分困難和不情愿的事情。

然而在這之后，我們將進(jìn)入一個(gè)完完全全的奇幻世界。這個(gè)世界光怪陸離，和我們平常所感知認(rèn)同的那個(gè)迥然不同。在這個(gè)新世界里，所有的圖象和概念都顯得瘋狂而不理性，顯得更像是愛麗絲夢(mèng)中的奇境，而不是踏踏實(shí)實(shí)的土地。許多名詞是如此古怪，以致只有借助數(shù)學(xué)工具才能把握它們的真實(shí)意義。當(dāng)然，筆者將一如既往地試圖用最淺白的語(yǔ)言將它們表述出來，但是仍然有必要提醒各位做好心理準(zhǔn)備。為了表述的方便，我將盡量地把一件事情陳述完全，然后再轉(zhuǎn)換話題。雖然在歷史上，所有的這一切都是鋪天蓋地而來，它們混雜在一起，澎湃洶涌，讓人分不出個(gè)頭緒。在后面的敘述中，我們可能時(shí)時(shí)要在各個(gè)年份間跳來跳去，那些希望把握時(shí)間感的讀者們應(yīng)該注意確切的年代。

我們已經(jīng)站在一個(gè)偉大時(shí)刻的前沿。新的量子力學(xué)很快就要被創(chuàng)建出來，這一次，它的力量完完全全地被施展開來，以致把一切舊事物，包括玻爾那個(gè)半新不舊的體系，都摧枯拉朽般地毀滅殆盡。它很快就要為我們揭開一個(gè)新世界的大幕，這個(gè)新世界，哪怕是稍微往里面瞥上一眼，也足夠讓人頭暈?zāi)垦＃鸟Y神搖。但是，既然我們已經(jīng)站在這里，那就只有義無返顧地前進(jìn)了。所以跟著我來吧，無數(shù)激動(dòng)人心的事物正在前面等著我們。

我們的話題回到德布羅意身上。他一直在思考一個(gè)問題，就是如何能夠在玻爾的原子模型里面自然地引進(jìn)一個(gè)周期的概念，以符合觀測(cè)到的現(xiàn)實(shí)。原本，這個(gè)條件是強(qiáng)加在電子上面的量子化模式，電子在玻爾的硬性規(guī)定下，雖然乖乖聽話，總有點(diǎn)不那么心甘情愿的感覺。德布羅意想，是時(shí)候把電子解放出來，讓它們自己做主了。

如何賦予電子一個(gè)基本的性質(zhì)，讓它們自覺地表現(xiàn)出種種周期和量子化現(xiàn)象呢？德布羅意想到了愛因斯坦和他的相對(duì)論。他開始這樣地推論：根據(jù)愛因斯坦那著名的方程，如果電子有質(zhì)量m，那么它一定有一個(gè)內(nèi)稟的能量E = mc^2。好，讓我們?cè)俅位貞浤莻€(gè)我說過很有用的量子基本方程，E = hν，也就是說，對(duì)應(yīng)這個(gè)能量，電子一定會(huì)具有一個(gè)內(nèi)稟的頻率。這個(gè)頻率的計(jì)算很簡(jiǎn)單，因?yàn)閙c^2 = E = hν，所以ν = mc^2/h。

好。電子有一個(gè)內(nèi)在頻率。那么頻率是什么呢？它是某種振動(dòng)的周期。那么我們又得出結(jié)論，電子內(nèi)部有某些東西在振動(dòng)。是什么東西在振動(dòng)呢？德布羅意借助相對(duì)論，開始了他的運(yùn)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)……當(dāng)電子以速度v0前進(jìn)時(shí)，必定伴隨著一個(gè)速度為c^2/v0的波……

噢，你沒有聽錯(cuò)。電子在前進(jìn)時(shí)，總是伴隨著一個(gè)波。細(xì)心的讀者可能要發(fā)出疑問，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)這個(gè)波的速度c^2/v0將比光速還快上許多，但是這不是一個(gè)問題。德布羅意證明，這種波不能攜帶實(shí)際的能量和信息，因此并不違反相對(duì)論。愛因斯坦只是說，沒有一種能量信號(hào)的傳遞能超過光速，對(duì)德布羅意的波，他是睜一只眼閉一只眼的。

德布羅意把這種波稱為“相波”（phase wave），后人為了紀(jì)念他，也稱其為“德布羅意波”。計(jì)算這個(gè)波的波長(zhǎng)是容易的，就簡(jiǎn)單地把上面得出的速度除以它的頻率，那么我們就得到：λ= (c^2/v0 ) / ( mc^2/h) = h/mv0。這個(gè)叫做德布羅意波長(zhǎng)公式。

但是，等等，我們似乎還沒有回過神來。我們?cè)谡務(wù)撘粋€(gè)“波”！可是我們頭先明明在討論電子的問題，怎么突然從電子里冒出了一個(gè)波呢？它是從哪里出來的？我希望大家還沒有忘記我們可憐的波動(dòng)和微粒兩支軍隊(duì)，在玻爾原子興盛又衰敗的時(shí)候，它們一直在苦苦對(duì)抗，僵持不下。1923年，德布羅意在求出他的相波之前，正好是康普頓用光子說解釋了康普頓效應(yīng)，從而帶領(lǐng)微粒大舉反攻后不久。倒霉的微粒不得不因此放棄了全面進(jìn)攻，因?yàn)樗鼈兺蝗话l(fā)現(xiàn)，在電子這個(gè)大后方，居然出現(xiàn)了波動(dòng)的奸細(xì)！而且怎么趕都趕不走。

電子居然是一個(gè)波！這未免讓人感到太不可思議?？删吹钠绽士思澥吭谶@些前衛(wèi)而反叛的年輕人面前，只能搖頭興嘆，連話都說不出來了。假如說當(dāng)時(shí)全世界只有一個(gè)人支持德布羅意的話，他就是愛因斯坦。德布羅意的導(dǎo)師朗之萬(wàn)對(duì)自己弟子的大膽見解無可奈何，出于挽救失足青年的良好愿望，他把論文交給愛因斯坦點(diǎn)評(píng)。誰(shuí)料愛因斯坦馬上予以了高度評(píng)價(jià)，稱德布羅意“揭開了大幕的一角”。整個(gè)物理學(xué)界在聽到愛因斯坦的評(píng)論后大吃一驚，這才開始全面關(guān)注德布羅意的工作。

證據(jù)，我們需要證據(jù)。所有的人都在異口同聲地說。如果電子是一個(gè)波，那么就讓我們看到它是一個(gè)波的樣子。把它的衍射實(shí)驗(yàn)做出來給我們看，把干涉圖紋放在我們的眼前。德布羅意有禮貌地回敬道：是的，先生們，我會(huì)給你們看到證據(jù)的。我預(yù)言，電子在通過一個(gè)小孔的時(shí)候，會(huì)像光波那樣，產(chǎn)生一個(gè)可觀測(cè)的衍射現(xiàn)象。

1925年4月，在美國(guó)紐約的貝爾電話實(shí)驗(yàn)室，戴維遜（C.J.Davisson）和革末（L. H. Germer）在做一個(gè)有關(guān)電子的實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的是什么我們不得而知，但它牽涉到用一束電子流轟擊一塊金屬鎳（nickel）。實(shí)驗(yàn)要求金屬的表面絕對(duì)純凈，所以戴維遜和革末把金屬放在一個(gè)真空的容器中，以確保沒有雜志混入其中。

不幸的是，發(fā)生了一件意外。這個(gè)真空容器因?yàn)槟撤N原因發(fā)生了爆炸，空氣一擁而入，迅速地氧化了鎳的表面。戴維遜和革末非常懊喪，不過他們并不因此放棄實(shí)驗(yàn)，他們決定，重新凈化金屬表面，把實(shí)驗(yàn)從頭來過。當(dāng)時(shí)，去除氧化層的好辦法就是對(duì)金屬進(jìn)行高熱加溫，這正是戴維遜所做的。

兩人并不知道，正如雅典娜暗中助推著阿爾戈英雄們的船只，幸運(yùn)女神正在這個(gè)時(shí)候站在他倆的身后。容器里的金屬，在高溫下發(fā)生了不知不覺的變化：原本它是由許許多多塊小晶體組成的，而在加熱之后，整塊鎳融合成了一塊大晶體。雖然在表面看來，兩者并沒有太大的不同，但是內(nèi)部的劇變已經(jīng)足夠改變物理學(xué)的歷史。

當(dāng)電子通過鎳塊后，戴維遜和革末瞠目結(jié)舌，久久說不出話來。他們看到了再熟悉不過的景象：X射線衍射圖案！可是并沒有X射線，只有電子，人們終于發(fā)現(xiàn)，在某種情況下，電子表現(xiàn)出如X射線般的純粹波動(dòng)性質(zhì)來。電子，無疑地是一種波。

更多的證據(jù)接踵而來。1927年，G.P.湯姆遜，著名的J.J湯姆遜的兒子，在劍橋通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了電子的波動(dòng)性。他利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)算出的電子行為，和德布羅意所預(yù)言的吻合得天衣無縫。

命中注定，戴維遜和湯姆遜將分享1937年的諾貝爾獎(jiǎng)金，而德布羅意將先于他們8年獲得這一榮譽(yù)。有意思的是，GP湯姆遜的父親，JJ湯姆遜因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了電子這一粒子而獲得諾貝爾獎(jiǎng)，他卻因?yàn)樽C明電子是波而獲得同樣的榮譽(yù)。歷史有時(shí)候，實(shí)在富有太多的趣味性。

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飯后閑話：父子諾貝爾

俗話說，將門無犬子，大科學(xué)家的后代往往也會(huì)取得不亞于前輩的驕人成績(jī)。JJ湯姆遜的兒子GP湯姆遜推翻了老爸電子是粒子的觀點(diǎn)，證明電子的波動(dòng)性，同樣獲得諾貝爾獎(jiǎng)。這樣的世襲科學(xué)豪門，似乎還不是絕無僅有。

居里夫人和她的丈夫皮埃爾;居里于1903年分享諾貝爾獎(jiǎng)（居里夫人在1911年又得了一個(gè)化學(xué)獎(jiǎng)）。他們的女兒約里奧;居里（Irene Joliot-Curie）也在1935年和她丈夫一起分享了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。居里夫人的另一個(gè)女婿，美國(guó)外交家Henry R. Labouisse，在1965年代表聯(lián)合國(guó)兒童基金會(huì)（UNICEF）獲得了諾貝爾和平獎(jiǎng)。

1915年，William Henry Bragg和William Lawrence Bragg父子因?yàn)槔肵射線對(duì)晶體結(jié)構(gòu)做出了突出貢獻(xiàn)，分享了諾貝爾物理獎(jiǎng)金。

我們大名鼎鼎的尼爾斯;玻爾獲得了1922年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。他的小兒子，埃格;玻爾（Aage Bohr）于1975年在同樣的領(lǐng)域獲獎(jiǎng)。

卡爾;塞班（Karl Siegbahn）和凱伊;塞班（Kai Siegbahn）父子分別于1924和1981年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。

假如俺的老爸是大科學(xué)家，俺又會(huì)怎樣呢？不過恐怕還是如現(xiàn)在這般浪蕩江湖，尋求無拘無束的生活吧，呵呵。

四

“電子居然是個(gè)波！”這個(gè)爆炸性新聞很快就傳遍了波動(dòng)和微粒雙方各自的陣營(yíng)。剛剛還在康普頓戰(zhàn)役中焦頭爛額的波動(dòng)一方這下?lián)P眉吐氣，終于可以狠狠地嘲笑一下死對(duì)頭微粒?！恫▌?dòng)日?qǐng)?bào)》發(fā)表社論，宣稱自己取得了決定性的勝利。“微粒的反叛勢(shì)力終將遭遇到他們應(yīng)有的可恥結(jié)局——電子的下場(chǎng)就是明證。”光子的反擊，在波動(dòng)的眼中突然變得不值一提了，連電子這個(gè)老大哥都搞定了，還怕小小的光子？

不過這次，波動(dòng)的樂觀態(tài)度未免太一廂情愿，它高興得過早了。微粒方面的宣傳輿論工具也沒閑著，《微粒新聞》的記者采訪了德布羅意，結(jié)果德布羅意說，當(dāng)今的輻射物理被分成粒子和波兩種觀點(diǎn)，這兩種觀點(diǎn)應(yīng)當(dāng)以某種方式統(tǒng)一，而不是始終地尖銳對(duì)立——這不利于理論的發(fā)展前景。對(duì)于微粒來說，講和的提議自然是無法接受的，但至少讓它高興的是，德布羅意沒有明確地偏向波動(dòng)一方。微粒的技術(shù)人員也隨即展開反擊，光究竟是粒子還是波都還沒說清，誰(shuí)敢那樣大膽地?cái)嘌噪娮邮莻€(gè)波？讓我們看看電子在威爾遜云室里的表現(xiàn)吧。

威爾遜云室是英國(guó)科學(xué)家威爾遜（C.T.R.Wilson）在1911年發(fā)明的一種儀器。水蒸氣在塵?；蛘唠x子通過的時(shí)候，會(huì)以它們?yōu)橹行哪Y(jié)成一串水珠，從而在粒子通過之處形成一條清晰可辨的軌跡，就像天空中噴氣式飛機(jī)身后留下的白霧。利用威爾遜云室，我們可以研究電子和其他粒子碰撞的情況，結(jié)果它們的表現(xiàn)完全符合經(jīng)典粒子的規(guī)律。在過去，這或許是理所當(dāng)然的事情，但現(xiàn)在對(duì)于粒子軍來說，這個(gè)證據(jù)是寶貴的。威爾遜因?yàn)榘l(fā)明云室在1927年和康普頓分享了諾貝爾獎(jiǎng)金。如果說1937年戴維遜和湯姆遜的獲獎(jiǎng)標(biāo)志著波動(dòng)的狂歡，那10年的這次諾貝爾頒獎(jiǎng)禮無疑是微粒方面的一次盛典。不過那個(gè)時(shí)候，戰(zhàn)局已經(jīng)出乎人們的意料，有了微妙的變化。當(dāng)然這都是后話了。

捕捉電子位置的儀器也早就有了，電子在感應(yīng)屏上，總是激發(fā)出一個(gè)小亮點(diǎn)。Hey，微粒的將軍們說，波動(dòng)怎么解釋這個(gè)呢？哪怕是電子組成衍射圖案，它還是一個(gè)一個(gè)亮點(diǎn)這樣堆積起來的。如果電子是波的話，那么理論上單個(gè)電子就能構(gòu)成整個(gè)圖案，只不過非常黯淡而已?？墒乔闆r顯然不是這樣，單個(gè)電子只能構(gòu)成單個(gè)亮點(diǎn)，只有大量電子的出現(xiàn)，才逐漸顯示出衍射圖案來。

微粒的還擊且不去說他，更糟糕的是，無論微粒還是波動(dòng)，都沒能在“德布羅意事變”中撈到實(shí)質(zhì)性的好處。波動(dòng)的嘲笑再尖刻，它還是對(duì)光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)等等現(xiàn)象束手無策，而微粒也還是無法解釋雙縫干涉。雙方很快就發(fā)現(xiàn)，戰(zhàn)線還是那條戰(zhàn)線，誰(shuí)都沒能前進(jìn)一步，只不過戰(zhàn)場(chǎng)被擴(kuò)大了而已。電子現(xiàn)在也被拉進(jìn)有關(guān)光本性的這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)，這使得戰(zhàn)爭(zhēng)全面地被升級(jí)?，F(xiàn)在的問題，已經(jīng)不再僅僅是光到底是粒子還是波，現(xiàn)在的問題，是電子到底是粒子還是波，你和我到底是粒子還是波，這整個(gè)物質(zhì)世界到底是粒子還是波。

事實(shí)上，波動(dòng)這次對(duì)電子的攻擊只有更加激發(fā)了粒子們的同仇敵愾之心?，F(xiàn)在，光子、電子、α粒子、還有更多的基本粒子，他們都決定聯(lián)合起來，為了“大粒子王國(guó)”的神圣保衛(wèi)戰(zhàn)而并肩奮斗。這場(chǎng)波粒戰(zhàn)爭(zhēng)，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了光的范圍，整個(gè)物理體系如今都陷于這個(gè)爭(zhēng)論中，從而形成了一次名副其實(shí)的世界大戰(zhàn)。玻爾在1924年曾試圖給這兩支軍隊(duì)調(diào)停，他和克萊默（Kramers）還有斯雷特（Slater）發(fā)表了一個(gè)理論（稱作BSK理論），嘗試同時(shí)從波和粒子的角度去解釋能量轉(zhuǎn)換，但雙方正打得眼紅，這次調(diào)停成了外交上的徹底失敗，不久就被實(shí)驗(yàn)所否決。戰(zhàn)火熊熊，燃遍物理學(xué)的每一寸土地，同時(shí)也把它的未來炙烤得焦糊不清。

物理學(xué)已經(jīng)走到了一個(gè)十字路口。它迷茫而又困惑，不知道前途何去何從。昔日的經(jīng)典輝煌已經(jīng)變成斷瓦殘?jiān)?，一切回頭路都被斷絕。如今的天空濃云密布，不見陽(yáng)光，在大地上投下一片陰影。人們?cè)诹孔舆@個(gè)精靈的帶領(lǐng)下一路走來，沿途如行山陰道上，精彩目不暇接，但現(xiàn)在卻突然發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)身在白云深處，彷徨而不知?dú)w路。放眼望去，到處是霧茫茫一片，不辨東南西北，叫人心中沒底。玻爾建立的大廈雖然看起來還是頂天立地，但稍微了解一點(diǎn)內(nèi)情的工程師們都知道它已經(jīng)幾經(jīng)裱糊，傷筋動(dòng)骨，搖搖欲墜，只是仍然在苦苦支撐而已。更何況，這個(gè)大廈還憑借著對(duì)應(yīng)原理的天橋，依附在麥克斯韋的舊樓上，這就教人更不敢對(duì)它的前途抱有任何希望。在另一邊，微粒和波動(dòng)打得烽火連天，誰(shuí)也奈何不了誰(shuí)，長(zhǎng)期的戰(zhàn)爭(zhēng)已經(jīng)使物理學(xué)的基礎(chǔ)處在崩潰邊緣，它甚至不知道自己是建立在什么東西之上。

不過，我們也不必過多地為一種悲觀情緒所困擾。在大時(shí)代的黎明到來之前，總是要經(jīng)歷這樣的深深的黑暗，那是一個(gè)偉大理論誕生前的陣痛。當(dāng)大風(fēng)揚(yáng)起，吹散一切嵐霧的時(shí)候，人們會(huì)驚喜地發(fā)現(xiàn)，原來他們已經(jīng)站在高高的山峰之上，極目望去，滿眼風(fēng)光。

那個(gè)帶領(lǐng)我們穿越迷霧的人，后來回憶說：“1924到1925年，我們?cè)谠游锢矸矫骐m然進(jìn)入了一個(gè)濃云密布的領(lǐng)域，但是已經(jīng)可以從中看見微光，并展望出一個(gè)令人激動(dòng)的遠(yuǎn)景。”

說這話的是一個(gè)來自德國(guó)的年輕人，他就是維爾納;海森堡（Werner Heisenberg）。

在本史話第二章的最后，我們已經(jīng)知道，海森堡于1901年出生于維爾茲堡（Würzburg），他的父親后來成為了一位有名的希臘文教授。小海森堡9歲那年，他們?nèi)野岬搅四侥岷?，他的祖父在那里的一間學(xué)校（叫做Maximilians Gymnasium的）當(dāng)校長(zhǎng)，而海森堡也自然進(jìn)了這間學(xué)校學(xué)習(xí)。雖然屬于“高干子弟”，但小海森堡顯然不用憑借這種關(guān)系來取得成績(jī)，他的天才很快就開始讓人吃驚，特別是數(shù)學(xué)和物理方面的，但是他同時(shí)也對(duì)宗教、文學(xué)和哲學(xué)表現(xiàn)出強(qiáng)烈興趣。這樣的多才多藝預(yù)示著他以后不僅僅將成為一個(gè)劃時(shí)代的物理學(xué)家，同時(shí)也將成為一為重要的哲學(xué)家。

1919年，海森堡參予了鎮(zhèn)壓巴伐利亞蘇維埃共和國(guó)的軍事行動(dòng)，當(dāng)然那時(shí)候他還只是個(gè)大男孩，把這當(dāng)成一件好玩的事情而已。對(duì)他來說，更嚴(yán)肅的是在大學(xué)里選擇一條怎樣的道路。當(dāng)他進(jìn)入慕尼黑大學(xué)后，這種選擇便很現(xiàn)實(shí)地?cái)[在他面前：是跟著林德曼（Ferdinand von Lindemann），一位著名的數(shù)學(xué)家學(xué)習(xí)數(shù)論呢，還是跟著索末非學(xué)習(xí)物理？海森堡終于選擇了后者，從而邁出了一個(gè)科學(xué)巨人的第一步。

1922年，玻爾應(yīng)邀到哥廷根進(jìn)行學(xué)術(shù)訪問，引起轟動(dòng)，甚至后來被稱為哥廷根的“玻爾節(jié)”。海森堡也趕到哥廷根去聽玻爾的演講，才三年級(jí)的他竟然向玻爾提出一些學(xué)術(shù)觀點(diǎn)上的異議，使得玻爾對(duì)他刮目相看。事實(shí)上，玻爾此行最大的收獲可能就是遇到了海森堡和泡利，兩個(gè)天才無限的年輕人。而這兩人之后都會(huì)遠(yuǎn)赴哥本哈根，在玻爾的研究室和他一起工作一段日子。

到了1925年，海森堡——他現(xiàn)在是博士了——已經(jīng)充分成長(zhǎng)為一個(gè)既朝氣蓬勃又不乏成熟的物理學(xué)家。他在慕尼黑、哥廷根和哥本哈根的經(jīng)歷使得他得以師從當(dāng)時(shí)最好的幾位物理大師。而按他自己的說法，他從索末非那里學(xué)到了樂觀態(tài)度，在哥廷根從波恩，弗蘭克還有希爾伯特那里學(xué)到了數(shù)學(xué)，而從玻爾那里，他學(xué)到了物理（索末非似乎很沒有面子，呵呵）。

現(xiàn)在，該輪到海森堡自己上場(chǎng)了。物理學(xué)的天空終將云開霧散，露出璀璨的星光讓我們目眩神迷。在那其中有幾顆特別明亮的星星，它們的光輝照亮了整個(gè)夜空，組成了最華麗的星座。不用費(fèi)力分辯，你應(yīng)該能認(rèn)出其中的一顆，它就叫維爾納;海森堡。作為量子力學(xué)的奠基人之一，這個(gè)名字將永遠(yuǎn)鐫刻在時(shí)空和歷史中。

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飯后閑話：被誤解的名言

這個(gè)閑話和今天的正文無關(guān)，不過既然這幾日討論牛頓，不妨多披露一些關(guān)于牛頓的歷史事實(shí)。

牛頓最為人熟知的一句名言是這樣說的：“如果我看得更遠(yuǎn)的話，那是因?yàn)槲艺驹诰奕说募绨蛏?#8221;（If I have seen further it is by standing on ye shoulders of Giants）。這句話通常被用來贊嘆牛頓的謙遜，但是從歷史上來看，這句話本身似乎沒有任何可以理解為謙遜的理由。

首先這句話不是原創(chuàng)。早在12世紀(jì)，伯納德（Bernard of Chartres，他是中世紀(jì)的哲學(xué)家，著名的法國(guó)沙特爾學(xué)校的校長(zhǎng)）就說過：“Nos esse quasi nanos gigantium humeris insidientes”。這句拉丁文的意思就是說，我們都像坐在巨人肩膀上的矮子。這句話，如今還能在沙特爾市那著名的哥特式大教堂的窗戶上找到。從伯納德以來，至少有二三十個(gè)人在牛頓之前說過類似的話。

牛頓說這話是在1676年給胡克的一封信中。當(dāng)時(shí)他已經(jīng)和胡克在光的問題上吵得昏天黑地，爭(zhēng)論已經(jīng)持續(xù)多年（可以參見我們的史話）。在這封信里，牛頓認(rèn)為胡克把他（牛頓自己）的能力看得太高了，然后就是這句著名的話：“如果我看得更遠(yuǎn)的話，那是因?yàn)槲艺驹诰奕说募绨蛏?#8221;。

這里面的意思無非兩種：牛頓說的巨人如果指胡克的話，那是一次很明顯的妥協(xié)：我沒有抄襲你的觀念，我只不過在你工作的基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)展——這才比你看得高那么一點(diǎn)點(diǎn)。牛頓想通過這種方式委婉地平息胡克的怒火，大家就此罷手。但如果要說大度或者謙遜，似乎很難談得上。牛頓為此一生記恨胡克，哪怕幾十年后，胡克早就墓木已拱，他還是不能平心靜氣地提到這個(gè)名字，這句話最多是試圖息事寧人的外交詞令而已。另一種可能，巨人不指胡克，那就更明顯了：我的工作就算不完全是自己的，也是站在前輩巨人們的肩上——沒你胡克的事。

更多的歷史學(xué)家認(rèn)為，這句話是一次惡意的挪揄和諷刺——胡克身材矮小，用“巨人”似乎暗含不懷好意。持這種觀點(diǎn)的甚至還包括著名的史蒂芬;霍金，正是他如今坐在當(dāng)年牛頓盧卡薩教授的位子上。

牛頓還有一句有名的話，大意說他是海邊的一個(gè)小孩子，撿起貝殼玩玩，但還沒有發(fā)現(xiàn)真理的大海。這句話也不是他的原創(chuàng)，最早可以追溯到Joseph Spence。但牛頓最可能是從約翰;米爾頓的《復(fù)樂園》中引用（牛頓有一本米爾頓的作品集）。這顯然也是精心準(zhǔn)備的說辭，牛頓本人從未見過大海，更別提在海灘行走了。他一生中見過的最大的河也就是泰晤士河，很難想象大海的意象如何能自然地從他的頭腦中跳出來。

我談這些，完全沒有詆毀誰(shuí)的意思。我只想說，歷史有時(shí)候被賦予了太多的光圈和暈輪，但還歷史的真相，是每一個(gè)人的責(zé)任，不論那真相究竟是什么。同時(shí)，這也絲毫不影響牛頓科學(xué)上的成就——他是有史以來最偉大的科學(xué)家。