十九世紀最後的三十年到二十世紀最初的幾年裡,不知是什麼誘發了許
多母親的基因變化,在這個世界突然之間生下了許多的天才,令人目不暇給。
就像雨後草地里的小蘑菇,蹭蹭往外竄,借用《秋菊打官司》裡村長罵老婆
總生閨女時的粗話講就是:一撇腿一個,一撇腿又一個,再一撇腿——還倆!
那後來在科學史上被稱作激動人心的年代。在那個年代裡,我們對自然
的認識,我們的世界觀都發生了巨大的變化。這段時期,第二流的科學家做
着第一流的工作,無數新的發現和新的研究課題讓許多年輕的天才們嶄露頭
角,如天空中的繁星。
在這燦爛的星光里,奧地利偉大的物理學家沃爾夫崗。泡利無疑是其中
最亮的一顆。(注意:不是後來獲得諾貝爾和平獎的量子化學家泡令(Pa
uling))
泡利(WolfgangPauli)1900年4月25生於維也納
一個知識分子家庭。他從小就表現了出色的數學才能,高中階段即接觸了當
時剛剛發表的愛因斯坦的相對論。中學畢業以後,泡利進入慕尼黑大學,師
從著名的大數學家和物理學家索末菲教授(A。Sommerfield),
當時的同學還有後來以“測不準原理”聞名於世的海森堡(W。Heise
nburg)。上學期間,課堂上索末菲給他講授統計物理,課下泡利給老
師講相對論原理。當時有個出版社想出版一套百科全書,其中相對論一條委
托索末菲來撰寫。索末菲把這個任務下達給了泡利,泡利很快寫成了二百頁
的文章交了上去。當時他才十九歲,而廣義相對論也才發表僅僅三年時間。
廣義相對論是以理論晦澀難懂且對數學程度要求高著稱,當時有個著名
的玩笑,說世界上只有三個半人懂得廣義相對論。而泡利的這篇文章不僅總
結了當時已有的成果,並且出了自己的解釋和看法,是關於相對論的經典著
作。這個條目後來出了單行本《相對論原理》,並有中譯本,在國內各個圖
書館都可以借閱到。即使從現在的觀點來看也毫不過時,泡利當時對相對論
的各種結論及預測在八十年後也基本是正確的,而他所提出的問題也至今依
然沒有解決。人們認為他這麼年輕卻有如此獨到的見解,所以震驚了整個物
理學界,從此他一舉成名。
得到博士學位以後,1921年,泡利和海森堡兩人來到了哥廷根,在
著名的哥廷根學派領袖人物玻恩(M。Born)手下工作的一年,玻恩在
後來的自傳中對這兩個年輕人評價極高。在這裡插一句嘴,在玻恩的自傳《
我的一生和我的觀點》中談到他的學生們時說,他認為來自於中國的黃昆是
最聰明的。黃昆解放初回國,是國內固體物理學權威,他編寫的教材《固體
物理學》是理科物理最好的教科書,後來當了中科院好像是半導體所的所長。
但我們也知道,他後來在物理學上的成就應該是哥廷根學派里比較低的。實
在令人深思。
接下來的一年,泡利又來到了作為當時物理學中心的哥本哈根的波爾研
究所做短期訪問,與偉大的波爾(N。Bohr)一起工作,獲易非淺。於
是在1924年,提出了作為量子力學基本假設之一的“泡利不相容原理”,
並以此項工作獲得1945年的諾貝爾物理學獎。
1935年,泡利前往美國,在聚集了當時最出色的科學家的著名的普
林斯頓高級研究院工作了一年。接着去了密執安大學任教十年,二戰結束後,
回到蘇黎世大學任教一直到1958年去世。
泡利是那種標準的天才式的物理學家,其研究範圍涉及了物理學的幾乎
所有方面。他為人傲慢,言辭犀利刻薄,問題刁鑽,且對任何權威都能直言
不諱不留情面。這一點從他的兩個綽號“上帝的鞭子”和“科學家的良知”
中也可以看出。泡利還在上學期間,一次國際會議上見到了愛因斯坦,愛因
斯坦演講演完後,泡利站起來說:“我覺得愛因斯坦不完全是愚蠢的。”此
話被傳為名言。在哥本哈根做訪問學者期間,他是唯一敢於打斷波爾講話的
人,並且對波爾的錯誤毫不隱瞞地指出來。泡利對他的學生很不客氣,有一
次一位學生寫了論文請泡利看,過兩天學生問泡利的意見,泡利把論文還給
他說:“連錯誤都夠不上。”
但這並不意味着泡利對別人不夠尊重,他只是更尊重崇高的物理規律和
自然法則。忘記是誰說過,愛因斯坦是唯一可以讓泡利臉上流露恭敬之色的
人。
這裡需要說明的一點是,通過高中化學的學習,很多人都了解了泡利不
相容原理。而在本科階段學習時,泡利不相容原理是在量子力學課程中出現
的,此時對這個原理的理解往往變的很簡單,也很容易被接受,不過是一個
矩陣方程的解,甚至會認為是可以推導的。而實際上,泡利不相容原理的提
出發生在量子力學的產生之前。是他從浩如煙海的原子光譜數據中總結出來
的假說,不能通過推導的形式得到,其工作量和洞察力難以想像。
生前一直擔任台灣中央研究院院長的物理學家吳大猷在他的自傳《回憶》
中曾希望,在學校的教學中,最好按照科學發展的本來順序進行講解。因為
只有這樣,學生才可以真正理解科學概念的本質,掌握科學研究的方法,以
及其中巨大的困難。
泡利酷愛跳舞,愛泡夜總會。他寧願放棄了幾乎聚集了全世界所有第一
流物理學家的第二屆索爾末會議,而去參加一個跳舞比賽,僅僅把那篇論文
寄去了事。
泡利對物理學幾乎所有的領域都有着很深的研究,因此有着極出色的洞
察力和直感。最奇怪的是他還幾乎從不出錯,他的威望之高以至於當時物理
學所有新的成果如果沒有得到泡利的首肯,大家心裡就沒底兒。在原子物理
中反常塞曼效應剛剛被發現時,對其的理論解釋遇到很大的困難。那陣兒有
人常常看見泡利獨自憂心忡忡地徘徊於巴黎的街頭,就上前奇怪地問泡利為
什麼這樣的愁眉苦臉?泡利很不客氣地回答說:當一個人考慮着反常塞曼效
應的時候,你怎麼還能指望他面露喜色?於是大家就知道,反常塞曼效應是
個大難題,把“偉大的泡利”也難住了。
1925年,當時正在攻讀博士學位的荷蘭物理學家烏倫貝克(G。U
hlenbeck)和他的老師高德思密斯(W。Goudsmit)發現
並提出了電子存在內稟自旋,這是個極大膽和革命性的假設。他們在把由此
寫成的論文寄給雜誌社的同時,還專門寄給泡利一份。泡利回信說他們的結
論是錯誤的,當時這兩個荷蘭人如心澆涼水。烏倫貝克提出趕緊把論文從雜
志社要回來,以免丟人,高德思密斯強作歡顏地說:“反正已經寄出了,再
要回來多不好。好在你還年輕,沒什麼名氣,犯點兒錯誤也沒什麼大不了的。
“但緊跟着,泡利又來信說他們是正確的,是自己說錯了。這也許是泡利唯
一犯的一次錯誤,雖然只有短短的幾天,而且自己糾正了。說起來啊,當時
泡利才二十五歲,僅僅比烏倫貝克大八個月,卻已經在物理學界有了這樣的
威望。
近代物理學上唯一一個美國本土的可以讓美國自豪的理論物理學家費因
曼(R。Feynman)被稱作最聰明的美國人,他在自傳《愛開玩笑的
物理學家》中曾經以泡利為例談到聰明人和天才的區別。費因曼剛開始工作
時,師從後來擔任過美國哲學學會會長的惠勒教授(J。Wheeler),
兩人從事一個關於量子電動力學裡的推遲勢問題。做了幾個月以後,覺得差
不多可以交賬。恰好這時有個國際會議,兩人就商定把這個工作拿上去宣讀,
並且分配費因曼講上半部分,惠勒講下半部分。等到會議進行中間大家休息
吃茶點時,泡利走過來和費因曼打了個招呼,費因曼那麼大咧咧的人也緊張
夠嗆。泡利就問費因曼最近在做什麼工作,會議準備講什麼報告。費因曼據
實回答了他和惠勒要講的課題以及怎麼分配要宣講的內容。泡利思索了片刻,
神秘一笑,沖費因曼耳朵小聲說了句:“你放心,惠勒教授不會做他那部分
報告的。”果然,惠勒最終也沒有做那個部分報告,因為那是錯的。
當然,我們也不說泡利沒什麼弱點。在物理學界有個名詞叫作“泡利效
應”。這不是什麼物理現象,是指那種對理論精深,對實驗一竅不通傢伙的
所做所為。泡利的手腳笨拙很有名,有一次他在一個車站停半小時,就想順
便參觀下附近的一個物理實驗室。實驗室領導迫於他的聲望,阻止不及,只
好任他在實驗室里搗鼓。果然,等他半小時後回到車廂,那實驗室已經是硝
煙滾滾了。
另外,泡利講課也不是一位好老師。他給學生上課時,常常講着講着就
忘了自己是在上課,自顧自地在課堂上推導起公式來,把學生扔在一邊。而
且他的板書也很糟,從一個角斜到另一個角,字越寫越小,底下學生糊里糊
塗的。但他講課時這種投入的精神也恰恰能培養出特別出色的學生。
泡利由於過去曾翻譯過一本德文談《易經》的書,並因此和吳健雄認識。
他對吳健雄評價很高,並且後來也一直和吳健雄有着很親近的情誼,在我所
見到過的泡利的照片中,他和吳健雄合影的那張最精神,吳健雄也神采奕奕。
有機會可以掃上網看看。
現代物理學中有一個很神秘的無量綱常數,叫作精細結構常數,大小等
於1/137。很多年來,物理學家們想對這個常數進行解釋,至今未果。
泡利為此也曾花了大量的精力,可惜天妒其才,58歲就早早去世了。而他
在蘇黎世紅十字醫院去世時房間的號碼正是137號。
冥冥之中,不知道有什麼在主宰着我們的喜怒哀樂……
蘇聯天才的物理學家朗道(L。Landau)曾經把科學家們的智力
用二分制來表示,他認為愛因斯坦的智力是2,其他人都是1,而他自己則
是1。5。沒有人嘲笑過朗道的自信,因為他配這個1。5。然而,總感到
他忘了泡利,其實泡利又怎麼會被忘記呢?
不大的一個奧地利,因為有了孟德爾、泡利、薛定諤和弗羅依德等人,
應該無愧於人類科學的進步了吧,我想。
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附註:“上帝的鞭子”這個詞本來是有貶義的。他是中世紀嗜殺成性的
匈奴人阿提拉死後約五百年得到的一個流傳最廣的綽號(忘了在哪節“讀史
小記”里說過這個人)。最早出現在10世紀摩德那主教用拉丁文寫的匈奴
侵歐史中。但後來用在泡利身上,更多的是指他在科學上那種嚴謹尖銳、不
留情面的科學批判態度。
我喜歡這種態度;)