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版權所有：castor_v_pollux 原作　提交時間：04:39:19 05月17日

上帝擲骰子嗎——量子物理史話

第一章 黃金時代

五

上次說到，隨着麥克斯韋的理論為赫茲的實驗所證實，光的波動說終於成為了一個板上釘釘的事實。

波動現在是如此地強大。憑藉着麥氏理論的力量，它已經徹底地將微粒打倒，並且很快就拓土開疆，建立起一個空前的大帝國來。不久後，它的領土就橫跨整個電磁波的頻段，從微波到X射線，從紫外線到紅外線，從γ射線到無線電波……普通光線只是它統治下的一個小小的國家罷了。波動君臨天下，振長策而御宇內，四海之間莫非王土。而可憐的微粒早已銷聲匿跡，似乎永遠也無法翻身了。

赫茲的實驗也同時標誌着經典物理的頂峰。物理學的大廈從來都沒有這樣地金壁輝煌，令人嘆為觀止。牛頓的力學體系已經是如此雄偉壯觀，現在麥克斯韋在它之上又構建起了同等規模的另一幢建築，它的光輝燦爛讓人幾乎不敢仰視。電磁理論在數學上完美得難以置信，著名的麥氏方程組剛一問世，就被世人驚為天物。它所表現出的深刻、對稱、優美使得每一個科學家都陶醉在其中，玻爾茲曼（Ludwig Boltzmann）情不自禁地引用歌德的詩句說：“難道是上帝寫的這些嗎？”一直到今天，麥氏方程組仍然被公認為科學美的典範，即使在還沒有赫茲的實驗證實之前，已經廣泛地為人們所認同。許多偉大的科學家都為它的魅力折服，並受它深深的影響，有着對於科學美的堅定信仰，甚至認為：對於一個科學理論來說，簡潔優美要比實驗數據的準確來得更為重要。無論從哪個意義上來說，電磁論都是一種偉大的理論。羅傑•彭羅斯（Roger Penrose）在他的名著《皇帝新腦》（The Emperor’s New Mind）一書裡毫不猶豫地將它和牛頓力學，相對論和量子論並列，稱之為“Superb”的理論。

物理學征服了世界。在19世紀末，它的力量控制着一切人們所知的現象。古老的牛頓力學城堡歷經歲月磨礪風雨吹打而始終屹立不倒，反而更加凸現出它的偉大和堅固來。從天上的行星到地上的石塊，萬物都必恭必敬地遵循着它制定的規則。1846年海王星的發現，更是它所取得的最偉大的勝利之一。在光學的方面，波動已經統一了天下，新的電磁理論更把它的光榮擴大到了整個電磁世界。在熱的方面，熱力學三大定律已經基本建立（第三定律已經有了雛形），而在克勞修斯（Rudolph Clausius）、范德瓦爾斯（J.D. Van der Waals）、麥克斯韋、玻爾茲曼和吉布斯（Josiah Willard Gibbs）等天才的努力下，分子運動論和統計熱力學也被成功地建立起來了。更令人驚奇的是，這一切都彼此相符而互相包容，形成了一個經典物理的大同盟。經典力學、經典電動力學和經典熱力學（加上統計力學）形成了物理世界的三大支柱。它們緊緊地結合在一塊兒，構築起了一座華麗而雄偉的殿堂。

這是一段偉大而光榮的日子，是經典物理的黃金時代。科學的力量似乎從來都沒有這樣地強大，這樣地令人神往。人們也許終於可以相信，上帝造物的奧秘被他們所完全掌握了，再沒有遺漏的地方。從當時來看，我們也許的確是有資格這樣驕傲的，因為所知道的一切物理現象，幾乎都可以從現成的理論里得到解釋。力、熱、光、電、磁……一切的一切，都在控制之中，而且用的是同一種手法。物理學家們開始相信，這個世界所有的基本原理都已經被發現了，物理學已經盡善盡美，它走到了自己的極限和盡頭，再也不可能有任何突破性的進展了。如果說還有什麼要做的事情，那就是做一些細節上的修正和補充，更加精確地測量一些常數值罷了。人們開始傾向於認為：物理學已經終結，所有的問題都可以用這個集大成的體系來解決，而不會再有任何真正激動人心的發現了。一位著名的科學家（據說就是偉大的開爾文勳爵）說：“物理學的未來，將只有在小數點第六位後面去尋找”。普朗克的導師甚至勸他不要再浪費時間去研究這個已經高度成熟的體系。

19世紀末的物理學天空中閃爍着金色的光芒，象徵着經典物理帝國的全盛時代。這樣的偉大時期在科學史上是空前的，或許也將是絕後的。然而，這個統一的強大帝國卻註定了只能曇花一現。喧囂一時的繁盛，終究要像泡沫那樣破滅凋零。

今天回頭來看，赫茲1887年的電磁波實驗（準確地說，是他於1887－1888年進行的一系列的實驗）的意義應該是複雜而深遠的。它一方面徹底建立了電磁場論，為經典物理的繁榮添加了濃重的一筆；在另一方面，它卻同時又埋藏下了促使經典物理自身毀滅的武器，孕育出了革命的種子。

我們還是回到我們故事的第一部分那裡去：在卡爾斯魯厄大學的那間實驗室里，赫茲銅環接收器的缺口之間不停地爆發着電火花，明白無誤地昭示着電磁波的存在。

但偶然間，赫茲又發現了一個奇怪的現象：當有光照射到這個缺口上的時候，似乎火花就出現得更容易一些。

赫茲把這個發現也寫成了論文發表，但在當時並沒有引起很多的人的注意。當時，學者們在為電磁場理論的成功而歡欣鼓舞，馬可尼們在為了一個巨大的商機而激動不已，沒有人想到這篇論文的真正意義。連赫茲自己也不知道，量子存在的證據原來就在他的眼前，幾乎是觸手可得。不過，也許量子的概念太過爆炸性，太過革命性，命運在冥冥中安排了它必須在新的世紀中才可以出現，而把懷舊和經典留給了舊世紀吧。只是可惜赫茲走得太早，沒能親眼看到它的誕生，沒能目睹它究竟將要給這個世界帶來什麼樣的變化。

終於，在經典物理還沒有來得及多多體味一下自己的盛世前，一連串意想不到的事情在19世紀的最後幾年連續發生了，仿佛是一個不祥的預兆。

1895年，倫琴（Wilhelm Konrad Rontgen）發現了X射線。
1896年，貝克勒爾（Antoine Herni Becquerel）發現了鈾元素的放射現象。
1897年，居里夫人（Marie Curie）和她的丈夫皮埃爾•居里研究了放射性，並發現了更多的放射性元素：釷、釙、鐳。
1897年，J.J.湯姆遜（Joseph John Thomson）在研究了陰極射線後認為它是一種帶負電的粒子流。電子被發現了。
1899年，盧瑟福（Ernest Rutherford）發現了元素的嬗變現象。

如此多的新發現接連湧現，令人一時間眼花繚亂。每一個人都開始感覺到了一種不安，似乎有什麼重大的事件即將發生。物理學這座大廈依然聳立，看上去依然那麼雄偉，那麼牢不可破，但氣氛卻突然變得異常凝重起來，一種山雨欲來的壓抑感覺在人們心中擴散。新的世紀很快就要來到，人們不知道即將發生什麼，歷史將要何去何從。眺望天邊，人們隱約可以看到兩朵小小的烏雲，小得那樣不起眼。沒人知道，它們即將帶來一場狂風暴雨，將舊世界的一切從大地上徹底抹去。

但是，在暴風雨到來之前，還是讓我們抬頭再看一眼黃金時代的天空，作為最後的懷念。金色的光芒照耀在我們的臉上，把一切都染上了神聖的色彩。經典物理學的大廈在它的輝映下，是那樣莊嚴雄偉，溢彩流光，令人不禁想起神話中宙斯和眾神在奧林匹斯山上那亙古不變的宮殿。誰又會想到，這震撼人心的壯麗，卻是斜陽投射在龐大帝國土地上最後的餘輝。

（第一章完）