上帝掷骰子吗-第25章

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！


。它市中心那几座著名的教堂洋溢着哥特式风格以及文艺复兴时代的气息，折射出这个国　
家那悠远的历史和文化沉淀。这个小城也有一支足球队——科莫队，在上个赛季（2002－　
2003）还打入了甲级联赛，可惜现在又降级了。一度报道说，它对中国球员吴承瑛有兴趣　
，想来对球迷不算陌生。　
　
不过，科莫市最著名的人物，当然还是1745年出生于此的大科学家，亚里山德罗•；　
伏打（Alessandro　Volta）。他在电学方面的成就如此伟大，以致人们用他的名字来作为　
电压的单位：伏特（volt）。伏打于1827年9月去世，被他的家乡视为永远的光荣和骄傲　
。他出世的地方被命名为伏打广场，他的雕像自1839年起耸立于此。他的名字被用来命名　
教堂和科莫湖畔的灯塔，他的光辉照耀这个城镇，给它带来世界性的声名。　
　
斗转星移，眨眼间已是1927，科学巨人已离开我们整整100周年。一向安静宁谧的科莫忽　
然又热闹起来，新时代的科学大师们又聚集于此，在纪念先人的同时探讨物理学的最新进　
展。科莫会议邀请了当时几乎所有的最杰出的物理学家，洵为盛会。赴会者包括玻尔、海　
森堡、普朗克、泡利、波恩、洛伦兹、德布罗意、费米、克莱默、劳厄、康普顿、魏格纳　
、索末菲、德拜、冯诺依曼（当然严格说来此人是数学家）……遗憾的是，爱因斯坦和薛　
定谔都别有要务，未能出席。这两位哥本哈根派主要敌手的缺席使得论战的火花向后推迟　
了几个月。同样没能赶到科莫的还有狄拉克和玻色。其中玻色的case颇为离奇：大会本来　
是邀请了他的，但是邀请信发给了“加尔各答大学物理系的玻色教授”。显然这封信是寄　
给著名的S。N。玻色，也就是发现了玻色…爱因斯坦统计的那个玻色，他和爱因斯坦还预测　
了有名的玻色…爱因斯坦凝聚现象。2001年，3位分别来自美国和德国的科学家因为以实验　
证实了这一现象而获得诺贝尔物理学奖。　
　
不过在1927年，玻色早就离开了加尔各答去了达卡大学。但无巧不成书，加尔各答还有一　
个D。M。玻色。阴差阳错之下，这个名不见经传的“玻色”就参加了众星云集的科莫会议，　
也算是饭后的一大谈资吧。　
　
在准备科莫会议讲稿的过程中，互补原理的思想进一步在玻尔脑中成型。他决定在这个会　
议上把这一大胆的思想披露出来。在准备讲稿的同时，他还给Nature杂志写短文以介绍这　
个发现，事情太多而时间仓促，最后搞得他手忙脚乱。在出发前的一刹那，他竟然找不到　
他的护照——这耽误了几个小时的火车。　
　
但是，不管怎么样，玻尔最后还是完成那长达8页的讲稿，并在大会上成功地作了发言。　
这个演讲名为《量子公设和原子论的最近发展》，在其中玻尔第一次描述了波…粒的二象　
性，用互补原理详尽地阐明我们对待原子尺度世界的态度。他强调了观测的重要性，声称　
完全独立和绝对的测量是不存在的。当然互补原理本身在这个时候还没有完全定型，一直　
要到后来的索尔维会议它才算最终完成，不过这一思想现在已经引起了人们的注意。　
　
波恩赞扬了玻尔“中肯”的观点，同时又强调了量子论的不确定性。他特别举了波函数“　
坍缩”的例子，来说明这一点。这种“坍缩”显然引起了冯诺伊曼的兴趣，他以后会证明　
关于它的一些有趣的性质。海森堡和克莱默等人也都作了评论。　
　
当然我们也要指出的是，许多不属于“哥本哈根派”的人物，对玻尔等人的想法和工作一　
点都不熟悉，这种互补原理对他们来说令人迷惑不解。许多人都以为这不过是一种文字游　
戏，是对大家都了解的情况“换一种说法”罢了。正如罗森菲尔德（Rosenfeld）后来在　
访谈节目中评论的：“这个互补原理只是对各人所清楚的情况的一种说明……科莫会议并　
没有明确论据，关于概念的定义要到后来才作出。”尤金•；魏格纳（Eugene　
Wigner）总结道：“……（大家都觉得，玻尔的演讲）没能改变任何人关于量子论的理解　
方式。”　
　
但科莫会议的历史作用仍然不容低估，互补原理第一次公开亮相，标志着哥本哈根解释迈　
出了关键的一步。不久出版了玻尔的讲稿，内容已经有所改进，距离这个解释的最终成熟　
只差最后一步了。　
　
在哥本哈根派聚集力量的同时，他们的反对派也开始为最后的决战做好准备。对于爱因斯　
坦来说，一个没有严格因果律的物理世界是不可想象的。物理规律应该统治一切，物理学　
应该简单明确：A导致了B，B导致了C，C导致了D。每一个事件都有来龙去脉，原因结果，　
而不依赖于什么“随机性”。至于抛弃客观实在，更是不可思议的事情。这些思想从他当　
年对待玻尔的电子跃迁的看法中，已经初露端倪。1924年他在写给波恩的信中坚称：“我　
决不愿意被迫放弃严格的因果性，并将对其进行强有力的辩护。我觉得完全不能容忍这样　
的想法，即认为电子受到辐射的照射，不仅它的跃迁时刻，而且它的跃迁方向，都由它自　
己的‘自由意志’来选择。”　
　
旧量子论已经让爱因斯坦无法认同，那么更加“疯狂”的新量子论就更使他忍无可忍了。　
虽然爱因斯坦本人曾经提出了光量子假设，在量子论的发展历程中作出过不可磨灭的贡献　
，但现在他却完全转向了这个新生理论的对立面。爱因斯坦坚信，量子论的基础大有毛病　
，从中必能挑出点刺来，迫使人们回到一个严格的，富有因果性的理论中来。玻尔后来回　
忆说：“爱因斯坦最善于不抛弃连续性和因果性来标示表面上矛盾着的经验，他比别人更　
不愿意放弃这些概念。”　
　
两大巨头未能在科莫会议上碰面，然而低头不见抬头见，命运已经在冥冥中安排好了这样　
的相遇不可避免。仅仅一个多月后，另一个历史性的时刻就到来了，第五届索尔维会议在　
比利时布鲁塞尔召开。这一次，各路冤家对头终于聚首一堂，就量子论的问题作一个大决　
战。从黄金年代走来的老人，在革命浪潮中成长起来的反叛青年，经典体系的庄严守护者　
，新时代的冒险家，这次终于都要作一个最终了断。世纪大辩论的序幕即将拉开，像一场　
熊熊的大火燃烧不已，而量子论也将在这大火中接受最严苛的洗礼，锻烧出更加璀璨的光　
芒来。　
　
布鲁塞尔见。　
　
　
*********　
饭后闲话：海森堡和德国原子弹计划（一）　
　
如果说玻尔…爱因斯坦之争是二十世纪科学史上最有名的辩论，那么海森堡在二战中的角　
色恐怕就是二十世纪科学史上最大的谜题。不知多少历史学家为此费尽口水，牵涉到数不　
清的跨国界的争论。甚至到现在，还有人不断地提出异议。我打算在这一章的饭后闲话里　
专门地来谈一谈这个话题，这件事说来话长，可能要用掉一整章，我们还是废话少说，这　
就开始吧。　
　
纳粹德国为什么没能造出原子弹？战后几乎人人都在问这个问题。是政策上的原因？理论　
上的原因？技术上的原因？资源上的原因？或是道德上的原因？不错，美国造出了原子弹　
，他们有奥本海默，有费米，有劳伦斯、贝特、西伯格、魏格纳、查德威克、佩尔斯、弗　
里西、塞格雷，后来又有了玻尔，以致像费因曼这样的小字辈根本就不起眼，而洛斯阿拉　
莫斯也被称作“诺贝尔得奖者的集中营”。但德国一点也不差。是的，希特勒的犹太政策　
赶走了国内几乎一半的精英，纳粹上台的第一年，就有大约2600名学者离开了德国，四分　
之一的物理学家从德国的大学辞职而去，到战争前夕已经有40％的大学教授失去了职位。　
是的，整个轴心国流失了多达27名诺贝尔获奖者，其中甚至包括爱因斯坦、薛定谔、费米　
、波恩、泡利、德拜这样最杰出的人物，这个数字还不算间接损失的如玻尔之类。但德国　
凭其惊人的实力仍保有对抗全世界的能力。　
　
战争甫一爆发，德国就展开了原子弹的研究计划。那时是1939年，全世界只有德国一家在　
进行这样一个原子能的军事应用项目。德国占领着世界上最大的铀矿（在捷克斯洛伐克）　
，德国有世界上最强大的化学工业，他们仍然拥有世界上最好的科学家，原子的裂变现象　
就是两个德国人——奥托•；哈恩（Otto　Hahn）和弗里兹•；斯特拉斯曼（Fritz　
Strassmann）在前一年发现的，这两人都还在德国，哈恩以后会因此发现获得诺贝尔化学　
奖。当然不止这两人，德国还有劳厄（1914年诺贝尔物理）、波特（Bothe，1954诺贝尔　
物理）、盖革（盖革计数器的发明者，他进行了α散射实验）、魏扎克（Karl　von　
Weizsacker）、巴格（Erich　Bagge）、迪布纳（Kurt　Diebner）、格拉赫（Walther　
Gerlach）、沃兹（Karl　Wirtz）……当然，他们还有定海神针海森堡，这位20世纪最伟　
大的物理学家之一。所有的这些科学家都参与了希特勒的原子弹计划，成为“铀俱乐部”　
的成员之一，海森堡是这个计划的总负责人。　
　
然而，德国并没能造出原子弹，它甚至连门都没有入。从1942年起，德国似乎已经放弃整　
个原子弹计划，而改为研究制造一个能提供能源的原子核反应堆。主要原因是因为1942年　
6月，海森堡向军备部长斯佩尔（Albert　Speer）报告说，铀计划因为技术原因在短时间　
内难以产出任何实际的结果，在战争期间造出原子弹是不大可能的。但他同时也使斯佩尔　
相信，德国的研究仍处在领先的地位。斯佩尔将这一情况报告希特勒，当时由于整个战场　
情况的紧迫，德国的研究计划被迫采取一种急功近利的方略，也就是不能在短时间，确切　
地说是六周内见效的计划都被暂时放在一边。希特勒和斯佩尔达成一致意见：对原子弹不　
必花太大力气，不过既然在这方面仍然“领先”，也不妨继续拨款研究下去。当时海森堡　
申请附加的预算只有寥寥35万帝国马克，有它无它都影响不大。　
　
这个计划在被高层放任了近2年后，终于到1944年又为希姆莱所注意到。他下令大力拨款　
，推动原子弹计划的前进，并建了几个新的铀工厂。计划确实有所进展，不过到了那时，　
全德国的工业早已被盟军的轰炸破坏得体无完肤，难以进一步支撑下去。而且为时也未免　
太晚，不久德国就投降了。　
　
1942年的报告是怎么一回事？海森堡在其中扮演了一个什么样的角色？这答案扑朔迷离，　
历史学家们各执一词，要不是新证据的逐一披露，恐怕人们至今仍然在云里雾中。这就是　
科学史上有名的“海森堡之谜”。　

二　
　
索尔维会议是由一位比利时的实业家Ernest　Solvay创立的，并以他的名字命名。第一届　
索尔维会议于1911年在布鲁塞尔召开，后来虽然一度被第一次世界大战所打断，但从1921　
年开始又重新恢复，定期3年举行一届。到了1927年，这已经是第五届索尔维会议了，也　
许，这也将是最著名的一次索尔维会议。　
　
这次会议弥补了科莫的遗憾，爱因斯坦，薛定谔等人都如约而至。目前流传得最广的那张　
“物理学全明星梦之队”的照片，就是这次会议的合影。当然世事无完美，硬要挑点缺陷　
，那就是索末菲和约尔当不在其中，不过我们要求不能太高了，人生不如意者还是十有八　
九的。　
（here's　the　picture　of　the　Dream　Team　
homes。stat。unipd。it/mgri/solvay/solvphoto。html）　
这次会议从10月24日到29日，为期6天。主题是“电子和光子”（我们还记得，“光子…ph　
oton”是个新名词，它刚刚在1926年由美国人刘易斯所提出），会议议程如下：首先劳伦　
斯•；布拉格作关于X射线的实验报告，然后康普顿报告康普顿实验以及其和经典电磁　
理论的不一致。接下来，德布罗意作量子新力学的演讲，主要是关于粒子的德布罗意波。　
随后波恩和海森堡介绍量子力学的矩阵理论，而薛定谔介绍波动力学。最后，玻尔在科莫　
演讲的基础上再次做那个关于量子公设和原子新理论的报告，进一步总结互补原理，给量　
子论打下整个哲学基础。这个议程本身简直就是量子论的一部微缩史，从中可以明显地分　
成三派：只关心实验结果的实验派：布拉格和康普顿；哥本哈根派：玻尔、波恩和海森堡　
；还有哥本哈根派的死敌：德布罗意，薛定谔，以及坐在台下的爱因斯坦。　
　
会议的气氛从一开始便是火热的，像拳王争霸赛一样，重头戏到来之前先有一系列的垫赛　
：大家先就康普顿的实验做了探讨，然后各人分成了泾渭分明的阵营，互相炮轰。德布罗　
意一马当先做了发言，他试图把粒子融合到波的图像里去，提出了一种“导波”（pivot　
wave）的理论，认为粒子是波动方程的一个奇点，它必须受波的控制和引导。泡利站起来　
狠狠地批评这个理论，他首先不能容忍历史车轮倒转，回到一种传统图像中，然后他引了　
一系列实验结果来反驳德布罗意。众所周知，泡利是世界第一狙击手，谁要是被他盯上了　
多半是没有好下场的，德布罗意最后不得不公开声明放弃他的观点。幸好薛定谔大举来援　
，不过他还是坚持一个非常传统的解释，这连盟军德布罗意也觉得不大满意，泡利早就嘲　
笑薛定谔为“幼稚”。波恩和海森堡躲在哥本哈根掩体后面对其开火，他们在报告最后说　
：“我们主张，量子力学是一种完备的理论，它的基本物理假说和数学假设是不能进一步　
修改的。”他们也集中火力猛烈攻击了薛定谔的“电子云”，后者认为电子的确在空间中　
实际地如波般扩散开去。海森堡评论说：“我从薛定谔的计算中看不到任何东西可以证明　
事实如同他所希望的那样。”薛定谔承认他的计算确实还不太令人满意，不过他依然坚持　
，谈论电子的轨道是“胡扯”（应该是波本征态的叠加），波恩回敬道：“不，一点都不　
是胡扯。”在一片硝烟中，会议的组织者，老资格的洛伦兹也发表了一些保守的观点，an　
d　so　on　and　so　on……　
　
爱因斯坦一开始按兵不动，保持着可怕的沉默，不过当波恩提到他的名字后，他终于忍不　
住出击了。他提出了一个模型：一个电子通过一个小孔得到衍射图像。爱因斯坦指出，目　
前存在着两种观点，第一是说这里没有“一个电子”，只有“一团电子云”，它是一个空　
间中的实在，为德布罗意…薛定谔波所描述。第二是说的确有一个电子，而ψ是它的“几　
率分布”，电子本身不扩散到空中，而是它的几率波。爱因斯坦承认，观点II是比观点I　
更加完备的，因为它整个包含了观点I。尽管如此，爱因斯坦仍然说，他不得不反对观点I　
I。因为这种随机性表明，同一个过程会产生许多不同的结果，而且这样一来，感应屏上　
的许多区域就要同时对电子的观测作出反应，这似乎暗示了一种超距作用，从而违背相对　
论。　
　
风云变幻，龙虎交济，现在两大阵营的幕后主将终于都走到台前，开始进行一场决定命运