上帝掷骰子吗--量子物理史话-第16节

按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！



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

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