他本指望趁此聲威正旺之際將玻爾研究所的人一舉制服。但是長期沉默的玻爾終於獅
子般地站了出來,他一直在尋找對ψ的合理解釋,現在玻恩的理論一出來,他心裡就起了
朦朧的念頭:量子力學終於要出世了!!
他認定當務之急就是要說服薛定諤接受幾率觀點。這下薛定諤可是要吃苦頭了,因為
玻爾的“痴”是出了名的。
儘管薛定諤曾經毫不畏懼地和一幫激動的年青人大聲論戰,但這一次僅玻爾一人就把
他整得服服帖帖,他不用什麼尖刻的言語,也沒有頗具說服力的實驗,更沒有特別完美的
數學理論,一切還來不及準備,但他整天一見到薛定諤就絮叨地說個不停,不管是吃飯,
還是散步。
研究所里的人都在猜測,這次玻爾是八成找到方向了。他對那些五花八門的新理論向
來是不置可否的,但是這次顯然是動真的了。玻爾這個人的物理直覺之強當世無匹,雖然
他向來反應遲鈍,但是他認準的東西一般都是絕對正確的,即使包括泡利在內的所有人都
反對。
薛定諤不得已只好故技重演,稱病遁入旅館,這幾天真是把教授累壞了,他很快墜入
夢鄉。沒過多久他就聽見窗戶外面有異響,薛定諤大驚失色準備大喊有賊,可是剛開燈就
看見玻爾那聞名的大鼻子緊緊地貼在玻璃上,天知道他那肥胖的身軀是怎麼爬上二層樓的
。
沒等玻爾開口說話,薛定諤那聲在歷史上留名的牢騷震動了全樓:“要是早知道我的
理論會變成今天這個樣子,還不如當初就不發現它呢!”
玻爾儘管在窗外凍得直哆嗦,但還是慢條斯理地回答道:“先生可千萬別泄氣,全人
類都會感謝你在量子力學上的貢獻呢!”
第二天的結果是打着噴嚏的玻爾和雙目紅腫的薛定諤雙雙攜手走進了餐館。大家都認
為兩人要和解了,不禁都鬆了口氣。連一直繃着臉的泡利也稍展了一下眉頭,要是事情再
不解決自己真的要瘋掉啦。兩派宗師一但攜手,量子力學徹底建立就指日可待了。
薛定諤咽下最後一塊奶酪,細心地擦淨了嘴上的油漬,緩緩說道,今天我就要回去了
。玻爾一愣,以為對方終於屈服了,正準備開口誠心邀他加盟研究所時,卻聽薛定諤冷冷
地道:你們的幾率觀點我是怎麼也接受不了的,雖然我也說服不了你們。多謝你們這幾天
的款待。
言畢,教授就捲起皮箱,扶正了眼鏡,頭也不回地邁步走了出去,夕陽在他身後劃下
斜斜的影子,只留下玻爾還在那裡張大了嘴發呆。
研究所的人沉默了好幾天,用海森堡後來的話說,當時真的都絕望了,他們都明白既
然說服不了薛定諤,那就別指望說服其他更多的人。
更何況他們自己的理論還尚成不了體系,漏洞之多就更別提了。而且他們就僅有的一
點苗頭來看,量子力學這個即將誕生的嬰兒簡直就是畸形。它所展現的世界就簡直是歪曲
而不可理喻的。
一次海森堡和玻爾一起默默地散步了很久,突然海森堡說道:“難道整個世界本來就
是如此荒誕不經的麼?”
玻爾先是搖頭,又重重地點了兩下。
整個研究所的人進入最緊要的關頭。飯固然是經常忘了吃,人們常常走路都是搖搖晃
晃的,說話也是前言不搭後語。按照海森堡的回憶,人們縱使跌倒在地都不會忙着爬起來
,而寧願就這樣躺着思考幾個小時。
不過,人們在苦悶之中總是要找些歡樂的,玻爾本人就是十分開朗達觀的人。這時人
們在也不再挑剔他的笑話無趣了,玻爾也常常說,我們探討的事物實在太嚴肅了,嚴肅到
只能和它開開玩笑。
大腹便便的泡利總是奇蹟般地發揮他的妙用,這當然不僅是他那鋒銳的思想,而更是
在研究所內一號丑角的身份。每當海森堡一本正經地在黑板上講述他的最新思想時,牆角
處就出現尖利的反駁聲。於是在眾人的驚愕中,身著寬大袍衫的泡利粉墨登場,他總是愛
引征浮士德里的詩句來闡明自己的看法。看上去他更象是歌德筆下那個靈魂出賣給魔鬼了
的哲人,只不過胖得有些匪夷所思。
有時苦無出路的人們心中竟然升起這樣的念頭:如果真的能獲得對量子力學真正的詮
釋,縱使把靈魂出賣給靡菲斯特也是不妨的。
幾次人們隱隱找到希望,但泡利毫不費力地就戳破了。漸漸泡利成了人民公敵。一次
,當來自俄國年輕的波拉柴科在黑板上津津有味地講述他的新想法時,泡利龐大的身影出
現在門口。可憐的小伙子立時緘口不言,泡利不緊不慢地在屋裡踱來踱去,幾次他都以為
泡利要從牆後消失卻都又轉了回來。
事後滿頭大汗的波拉柴科在晚餐上向人們敘述自己的險情,大家紛紛點頭,均是心有
戚戚焉。
慢慢地事情有了轉機,這還是最先由海森堡突破的。他的着眼點是那個荒誕的測不準
原理。
讓大家相信這樣的一個理論當真勉為其難,如果在微觀體系裡連最基本的物理量都測
不准,還要我們這些物理學家幹什麼。更何況這個原理引申出的東西更是聞所未聞,它指
出我們不管測量什麼東西,是永遠不能測出真正的結果的,這和測量人本身的主觀因素有
關。
物理學自誕生以來就是純粹客觀的,當年為了把唯心主義從物理學中趕出去,從哥白
尼到牛頓,一代代偉人付出多少心血,更有布魯諾甚至把生命都丟在了宗教裁判所。難道
一切都還要重新找回來?
只有玻爾從心裡支持海森堡的理論。但是海森堡一時也找不來證據,一直就這麼僵持
着。
這段時間拌嘴最多的莫過於海森堡和泡利這兩員干將了。雖說僅是學術上的探討,但
是都是年輕的小伙子,爭來爭去總會上火的。泡利的言語又是出了名的尖刻,一次竟然翻
起了海森堡的老底,說他在博士答辯時連顯微鏡的構造這類簡單的問題都回答不上來。
海森堡突然沉默了。
泡利臉一紅,知道這次說過了分,正想低頭認個錯。哪知海森堡頭也不回就朝圖書館
奔去,邊跑邊喊:“泡利,這是我們兩個拌嘴這麼多年來你說的最有價值的話了!。”
當晚的討論會氣氛沉悶,幾乎每天都有新想法的海森堡一直坐在最後默默地想着什麼
,大家的發言也是無精打彩,玻爾看看手錶正準備宣布散會。
這時海森堡突然站了起來,“且慢,先生們,我有話說。”
他徑直走到黑板跟前寫上“測不準”幾個字,大家本來都是精神一振,但是見此又皆
萎頓了下去,海森堡在這塊黑板上不知把這幾個字寫過多少遍了,接下去不說也知道,無
非是花樣繁多的公式推導,然後很快被泡利的法眼尋出破綻了事。
可是這次海森堡在字下面畫了一個大大的顯微鏡,沒等大家反應過來,他就侃侃而談
:
假設一個抽去所有東西的真空的房間,我們用一個放大倍數極大的顯微鏡觀察一束光
入射進來的情況。
如果光撞到電子上會出現什麼情況呢?我們觀察電子是需要光才能看見的,如果我們
觀察到電子的真實位置,那麼它一定會在光的撞擊下搖擺不定,也就是說我們無法測定它
的速度。
為了減少光的影響,我們特意用頻率較低的光,這樣電子就會晃動的好一些,可以精
確測量它的速度,但是頻率變低導致光的波動性見強,我們看到電子的位置在光的衍射之
下模糊不清。
總之我們是絕對不能同時測准電子的位置和速度的,設備再先進也不行,不光位置和
速度是測不準的,時間和能量也滿足這個奇妙的關係。
然後海森堡又用複雜的幾乎可怕的數學對自己的“實驗”結論進行了證實,他的理論
可以計算出電子在空間任意一點的幾率。
連同泡利在內,大家都被海森堡的套拳打昏了頭。但是這個“思想實驗”無疑是精巧
完美的,頗具說服力。泡利垂下頭想起幾小時前的情形,啞然失笑,想不到自己最有力的
批判卻是來自那最尖刻的話語。
量子力學的中心思想既然被牢牢地揪住,那麼整個理論的成熟就為期不遠了。
最後集大成的是玻爾,他不僅整理了研究所里的全部成果,而且更深刻地提出了著名
的互補原理。
世界上的真理都是有兩面的,只有把這兩個性質截然不同的面結合起來看,我們才能
真正認識到這個事物的全部,單看任意一面都是不夠的。
玻爾把量子力學的根基建立在自己的互補哲學上,這引起的軒然大波卻是始料未及。
在玻爾的哲學裡,我們對這個世界的認識只能是幾率性的,也就是說,我們只能預言任何
一個事件發生的幾率,而不能百分之百地準確斷言,這決不是我們的理論不夠發展或者實
驗條件不成熟的緣故。
還記得拉普拉斯在拿破崙面前的豪言壯語嗎?陛下,只要給夠了宇宙的初始條件和邊
界條件,我一定能夠計算出宇宙任何一點任何一個時刻發生着什麼事情。
這是多麼完美的一個目標呀。古今多少物理學上的勇士跋艱涉險,目標就是獲得對這
個世界的確定性的完美詮釋,儘管路途險狹,但是光明的前景始終召喚着人們。然而玻爾
將這美好夢想一舉砸滅。
難道我們始終還是在逆天行事,上帝的秘密終究不可破解?這對絕大多數物理學家來
說,如同是玷污了他們的神祗不可饒恕。
玻爾他們費勁心力也沒能說服薛定諤,但是總算將他“攆”出哥本哈根,因為他也實
在提不出什麼有力的反證。
不過玻爾也不算徹底地成功,他們雖然趕走了一隻小豹,但迎來了另一隻雄獅,那就
是愛因斯坦。
愛因斯坦對哥本哈根那幫人自始至終都是持反對意見的,甚至是深惡痛絕的。
從來沒有一種理論象量子力學一般出世如此艱難,而且躺在嬰兒床上就面臨着被扼殺
的命運。
最後出場這個人物也頗有傳奇色彩,他的名字叫做狄拉克。
當二十年代初,這個英國小伙子獲得布里斯托爾電氣工程學位後正準備雄心勃勃地找
份工作時,卻發現自己失業了。當時正值全球經濟危機猖狂蔓延的時候,別說是個他一個
剛出道的學生,就是連很多腰纏萬貫的老闆,也通常在一夜間變得家徒四壁。
他不得不向劍橋大學的聖約翰學院請求一個博士學位,原指望躲過這幾年大蕭條的風
頭的,可是他一旦轉入物理學的研究,就發現自己難以自拔。
狄拉克本身就是一個孤僻寡言的人,在大學裡最喜歡的事情就是在沉思默想。他基本
上沒有別的愛好,這和量子力學的其他建立者大有不同。
玻爾生就是個運動健將,海森堡的鋼琴更是出神入化,泡利雖為人滑稽,但是對歌德
的作品極有研究,德布羅意本身就有文學碩士學位,薛定諤不僅善於作詩,而且在生物學
上也造詣頗深。而狄拉克只能對着書本和公式發呆。他在學校里唯一參加過的協會名字叫
做“ψ協會”,是由物理愛好者組成的,但是他也沒想到物理終究會成為一生的職業。
他深厚的數學功底,敏捷的才思都是學界公認的。一次在哥本哈根的物理學會議上,
一個名叫西名的日本物理學家作報告。他不厭其煩地在黑板上列排了無數複雜的公式,連
素以數學見長的玻爾都看花了眼。
人們沉悶地聽了半天,突然狄拉克站起來,指出最後導出的公式中括號里的第四項符
號應為負號。西名大吃一驚,難道他事先推導過麼,可是這個公式是自己第一次展示呀。
狄拉克很肯定地說,一定錯了,你剛才在某個地方弄錯了符號,而且是一共用錯了奇數次
。
事後一查當真如此。
但是他本人自認為最重要的發現卻成了最大的笑柄。那還是在他和一位教授太太閒談
的過程中他一直盯着女士打毛衣的手。夫人抬起手來很驚訝的問,博士,您又有什麼新發
現麼?他半天不言語,然後一拍大腿叫道,我找到了另外一種織毛衣倒着用針的方法。當
夫人迷惑地看他用手比畫了半天的之後,禁不住大笑起來,原來“順織”和“反織”是婦
女中流傳幾百年的織法。
狄拉克早期最重要的貢獻是提出“狄拉克方程”,它第一次把量子力學和狹義相對論
統一了起來。不過這個方程導出一個很大的問題,就是在數學上預言出還存在一個和我們
這個世界完全相反的“負”世界,在這個負的世界裡,所有的物質都具有負的質量和負的
能量。
更奇怪的是在那個世界裡如果我們想把物體朝前推,則必須向後使勁。兩個物體如果
撞到一起,不僅不會各自彈開,反而會以更快的速度一起向前奔去。
而且這些性質怪異的反物質不僅僅是存在於宇宙某個不為人知的角落裡,而是就充斥
於這個世界的每一角落。按照狄拉克的說法,我們所在世界的所謂真空都是整整齊齊地布
滿了反物質的組成元素之一正電子海,這就是所謂的狄拉克海。
剛開始大家誰都沒有把它當回事,這不過是狄拉克為他的理論所虛擬的假象而已。然
而在1931年,美國物理學家安德爾森在研究宇宙射線中的高能離子束,為了測得電子的運
動速度,他把電子引入一個強磁場中,結果電子一半順時針旋轉,一半逆時針旋轉。這兩
類電子性質完全相反,如果碰在一起就會瞬時湮滅成光。
後來人們在能量極高的加速器中還觀察到反質子,反中子,如此一來反物質的要素就
找全了。但是我們至今也不能在宇宙中確認哪個地方存在反物質,如果有的話,它和我們
這個空間接觸的邊緣一定會發生驚心動魄的大爆炸。試想正反物質一旦碰在一起就會是質
量就會象一減一等於零一般滅於無形的,根據愛因斯坦的公式“E=mc2”釋放出的能量委
實可怖。
但是現在宇宙中還沒有發現這種爆炸,可能我們的觀測範圍是不夠的,要麼就是上帝
是個偏心眼,他沒能創造出和真實世界等量的反物質來,不過這與千百年年來人們所習慣
並依賴的對稱美是格格不入的。
另外狄拉克方程的副產品是推演出電子的自旋。就象地球圍繞太陽旋轉的同時自身也
在旋轉,電子本身也在象一個陀螺一樣飛轉。最早在1925年由烏倫貝克和高德斯密特提出
的這一觀點,他們當時都不過是二十出頭的小伙子。當他們的導師外出度假時,兩人在一
起合計如何作點讓老師驚喜的工作,找來找去最後落到了電子的自旋上。他們忙了幾天終
於將稿子寫好,並寄給了一本物理學期刊。
然而導師回來耐心地聽完二人的報告後,冷冷地說,你們的想法未免太過天真,難道
沒有想過如果電子有那麼大的自旋的話,那它的邊緣上物質的運動速度就會超過光速了麼
?
二人恍然大悟,準備追回稿件,但是雜誌社回話已經出版了。兩人只能尷尬地對笑一
下。
誰也沒把這兩人的工作當回事,可當胖子泡利懶懶地坐在躺椅上,隨意瀏覽到這篇文
章時,登時慌着從椅子上跳了下來,原來他這幾天一直在為自己的“泡利不相容原理”苦
惱,這篇文章幫了大忙。
所謂“泡利不相容原理”是泡利研究電子運動時提出的一條神秘的定理:兩個運動狀
態完全一樣的電子是不能處於同一軌道。如果電子仿佛在一條條軌道上飛奔的汽車,按照
泡利這位大肚子交警的規定,一條軌道上是不允許跑兩輛小車的。可是偏偏有的電子不守
交通規則,照樣兩輛車擠在一起。泡利急得抓耳撓腮也沒有辦法。
現在就好說了,因為電子有自旋,當然就有順時針轉的和逆時針轉的,顯然跑在同一
軌道上的電子旋轉方向是不一樣的,這樣一來這兩個電子就算不上是狀態完全相同,跑在
一起也是不妨的。泡利的原理又得以自圓其說。
泡利就得意洋洋地在研究所的一次會議上努力闡述他的理論,可是泡利平時就“積怨
”過深,而且那些人稍加分析就可以找到電子自旋的弊病。所以無論泡利怎麼舌戰群儒,
都絲毫不占上風。
後來泡利乾脆從風衣口袋裡掏出一個兒童玩的陀螺,在講台上轉了起來,努起嘴道,
絕對沒錯,電子就是這個樣子的。
接着包括玻爾在內的一群聰明人都圍在講台上對着陀螺指指點點,有人用照相機記錄
下這個珍貴的鏡頭,至今照片還保存在玻爾研究所里。
上面可以清楚地看到泡利腆着肚子兀自爭個不停,海森堡雙目斜睨,一副不屑的神情
,而玻爾則一如既往瞪圓了雙眼陷入深思。
歷史證明泡利是對的,我們不能簡單地把電子簡單看成轉動的實體,而自旋更是電子
本身所固有的一種性質,就象它的電荷,質量一樣。
從那個時代到今天又是七八十年過去了,很多風行一時的理論早已煙消雲散,又有很
多原被認為亙古不變的真理亦未得善終,但是泡利的不相容原理卻始終站穩了腳跟。無怪
泡利一直把自己的不相容原理看成是生平的得意之作。
到狄拉克這裡自然就把自旋概念從方程里引進來了,至此電子自旋之爭才算是告以段
落。
狄拉克後來獲得劍橋大學的盧卡斯教授的席位,這是牛頓當年設立並終身擔任的,僅
此一點就可以想象狄拉克在英國物理學界泰山北斗般的地位。
量子力學最後在他手裡終於被極為美妙地形式化,成為一套邏輯清晰,結構縝密的一
套體系。他的那本經典著作《量子力學原理》更是對後世產生極為深遠的影響。他寫的書
最大的特點是簡明深奧,要求讀的人必須全神貫注。
當後世的學生們能以最為迅捷明了的方式掌握量子力學時,實在是應該感謝這位大宗
師的。
不管怎麼說,一切關於量子力學的問題都將在1927年的深秋舉行的第五次索爾維會議
上作個了斷。
出席這次會議的共有32位,他們中很多都是諾貝爾獎金的獲得者,包括洛倫茲,普朗
克,愛因斯坦,玻爾,玻恩,德布羅意,薛定諤,索末菲,德拜,海森堡,泡利,狄拉克
等等。從二十歲到七十歲的都有。
還是在第一次索爾維會議上,洛侖茲就吹響了向微觀世界進軍的號角。十六年過去了
,洛侖茲在有生之年看到新力學誕生的願望達到了,但是老人出人意料地非常不滿意:
“在我看來,電子僅僅是個粒子,它在確定的時間,一定處在一個確定的位置,如果
有人企圖用可笑的幾率觀點來解釋它,那是絕對錯誤的。”
出席會議的學者中和老洛侖茲持同一觀點的人實是大有人在。他們不停地鼓掌。
老人越說越激動,“我再也不會相信,現在所謂的科學還會與客觀事實相符合。我也
不知道我為什麼還活着,我只遺憾自己沒在五年之前死去,那時這些討厭的東西至少還沒
在我眼前出現。”
老人在為經典物理作最後幾乎悲壯的辯護。
玻爾沉默不語,他只瞥了一眼坐在左邊的愛因斯坦。這時的愛因斯坦早已威名赫赫,
但他也是一言不發,只是不停地擺弄着手中的大煙斗。
一直令玻爾惴惴不安的便是此君。在此以前他曾經幾次徵詢過愛因斯坦對量子力學的
看法。即便駑鈍如玻爾很快也明白愛因斯坦是這種新興力學最大的敵人,他曾幾次在公開
場合幽默地宣稱:上帝是不擲骰子的。愛因斯坦是篤信上帝一定會給出確定性的解,而不
會含糊其詞的。
更令玻爾不安的是海森堡和泡利兩員大將都還沒到。他們出發已經足一個禮拜了呀。
正遲疑間,忽見一高一胖的兩個人影從側門悄悄晃了過來。不用說就是他們兩個了。
但是一見面玻爾還是嚇了一跳,兩人俱皆蓬頭丐面,鬍子也象很久沒有刮過了。
原來這二人在轉車住旅館時爭論地忘了形,被小偷光顧,結果連手上的行李到隨身的
車票和剃鬚刀都沒保住。兩人狼狽之極,偏偏在附近又沒有認識的朋友,在火車站輾轉流
浪了幾天總算趕到了這裡。
他們剛坐定,正式的大辯論就開始了。所有的人都想站起來發言,現場的情形用混亂
不堪來形容是遠遠不夠的。
在遙遠的菲律賓群島上,有80種不同的語言,有時你跨過田埂就仿佛置身異地,有的
語言一共也就十幾個人會講,1927年的量子力學就是這個情形。
這場辯論從會場一直持續到咖啡館裡。不管是店主還是服務員都驚訝地看着這群人或
者高聲爭辯,或者用手蘸着咖啡在桌子上畫着些奇怪的符號。
更有一位教授順手掏出鋼筆就在桌布上演算起來,昏暗的燈光下居然將偌大的桌布寫
得密密麻麻,但儘管如此仍未說服他的對手。最後他只得徒然地直起腰,轉眼瞥見店主望
着桌布痛惜的神情,走過去拍拍肩膀安慰道,老兄,留着這塊桌布吧,這可是有很大的紀
念意義呢!
當地的新聞記者們也都不明白這些人聚在這裡為什麼,公園球場裡的冠軍杯足球賽,
各大劇院上演的最新歌劇,更多地吸引了他們的目光。可是在報告廳里的每一個人,都抑
制不住心頭的狂喜,一個全新的量子時代就要到?