数理化通俗演义 作者:梁衡-第50章
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于是坐在台下的啦啦队跟着大喊起来：“对，什么科学理论，根本不符合德意志精神。”“早该绞死这个臭犹太！”
这时爱因斯坦也坐在楼上的包厢里，面对这群无知而又狂妄的人能说什么呢，他怜悯地笑了笑，还想听听他们的奇谈。陪同前来的物理学家芬厄见势不妙忙拉他起身说：“我们走吧，这班家伙什么坏事也敢干的。”
希特勒的势力在一天天地抬头，他公开喊叫，一旦他上台，就要让马克思主义者和犹太人人头落地。爱因斯坦的处境越来越不好。1932年秋天，他按合同准备出门到美国讲学。正是秋风落叶，冬寒将到之际，爱丽莎收拾着行袋，她拿起一本书《反相对论百人集》，这是勒纳德那个公司的杰作。爱因斯坦刁着烟斗走进来，他接过书掂了掂说：“才凑了一百个，质量还不够啊！”啪地一下扔到了纸篓里。
他刚到美国不久，1933年1月30日这天，希特勒就正式宣布上台。这个疯子就要给地球上制造一场灾难。爱因斯坦立即在报纸上发表自己的声明，严厉指责德国纳粹主义的危害：
“只要我还能选择，我就将只生活在这样的国家——在那里普遍遵循的准则是公民自由、宽容和法律面前人人平等。公民自由就是人们有用语言和文字来表达个人政冶信念均自由；宽容就是尊重他的任何信仰。这些条件当前在德国是不存在的。那些对于国际谅解有杰出贡献的人——其中有一些是第一流的艺术家——正在德国受迫害。〃
这一下坏了，爱因斯坦在柏林的家立即被查封，他的著作被冲锋队堆在广场上烧成灰烬，他永远不能回到祖国了，从此就在美国定居下来。而美国能收留这个科学伟人真是求之不得。他来到普林斯顿高等研究院，表示每年只要三千美元薪金就足够了，但是院方决不答应，坚持要付年薪一万六千美元，他们认为再少一元就与爱因斯坦的名声不符了。德国柏林，这个世界物理研究中心渐渐就要转移到美国来了。
爱因斯坦这根物理世界的大柱子既然已经移到美国，那么欧洲物理界这时正在做什么事呢？且听下回分解。
第六十三回
王子追电子 探得微观新奥秘，数学加物理 辟出力学新体系
——量子力学的创立 上回说到爱因斯坦被德国法西斯势力迫害流亡美国。从此，世界物理学研究中心便开始逐渐从欧洲向美国转移。在这个大转移还未全部完成以前，让我们看看欧洲大陆的物理学家们，正在赶紧做一点什么工作。
前几回讲的那个索尔维量子讨论会，与会科学家中有一个叫莫里斯的，此人出身公爵世家，却酷爱科学，他在自己巴黎的住宅内还装备了一个完善的实验室。莫里斯有一个弟弟，叫路易斯•；德布罗意（1892－），本是学文科的，但他很尊敬哥哥，也常来他的实验室里好奇地问这问那。这弟兄二人，毫无贵族子弟常有的那种浮浪之气，整日潜心读书，研讨问题。
再说莫里斯那天开完会从布鲁塞尔刚回到巴黎，德布罗意便到家中看望哥哥，并且打听会议上可有什么科学新闻。莫里斯将会上关于量子理论的争论如此这般地讲了一回，德布罗意早听得如醉如痴。半天，他突然张口说道：“哥哥，我要跟您一起研究物理。”
“什么？”莫里斯大吃一惊，“你再有两年就要拿到历史学方面的学位，现在改行岂不前功尽弃？”
“您放心，文科学位我照样要争到手，但是我觉得应给自己再开辟一块知识领地。历史，是在人们对已经知道的甚至亲身经历过的事实进行梳理、编织；而物理则是去探寻那些早已存在却还不为人知的事实，他对我有更大的吸引力。”
“可是现在早已不是伽利略、牛顿时代，物理学已伸入到微观世界，每走一步就更加艰苦。而且过去的宏观经典理论已不适应，新的理论体系还远未建立。这时你来入伙实在冒险，也许我们这些人费尽九牛二虎之力，捞的却是一个水中的月亮。”
“，我直觉地感到量子理论是很有希望的，我决心献出全部精力弄清这神秘量子的真正本质。”
正是：
金衣玉食何足贵？过眼烟云不多时。
聪明贵胄有奇志，不爱虚荣爱真知。
再说德布罗意刚下定决心开始对理论物理的研究，不久，第一次世界大战就爆发了，他便服兵役上了前线，直到1922年他才重回哥哥的实验室继续中断许久的研究。渐渐地他生成了一个大胆的思想：光波是粒子，那么粒子是不是波呢？就是说光的波粒二象性是不是可以推广到电子这类的粒子呢？就像当年法拉第由电变磁推想磁变电一样，德布罗意思路一开立即拓出一片新的天地。1923年他接连发表三篇论文，提出“物质波”的新概念，他坚信大至一个行星，一块石头，小至一粒灰尘，一个电子，都能生成物质波。物质波有其独特之处，它能在真空中传播不要介质，因此不是机械波。但它又可以由不带电的物体运动生成，因此它又不是电磁波。他还运用爱因斯坦的相对论，推出了物质波的波长公式λ＝h/mu。即波长与粒子的质量和速度的乘积成反比。他还算出中等速度的电子的波长应相当于X射线的波长。
第二年，1924年，德布罗意将自己的这个新思想写成一篇论文《关于量子理论的研究》去考博士学位。可以说是当时物理学界一个独一无二的新观点，许多人看了文章都摇头，眼看德布罗意的博士学位是毫无希望了。这时他的老师朗之万出来说了一句话：“我虽然很难相信德布罗意的这种观点，但是他的论文实在是才华横溢，因此我还是同意授予他博士学位。”他总算勉强通过答辩。再说朗之万对这件事总是不放心，也不知他的这个学生到底该算是个才子还是个疯子，便将论文稿寄给爱因斯坦审阅。爱因斯坦真不愧为一个理论物理大师，他刚读完文章就拍案叫绝，并立即向物理学界的几个大人物写信，吁请对这个新思想给予关注：“请读一读这篇论文吧，这可能是一个疯子写的，但只有疯子才有这种胆量。它的内容很充实。看来粒子的每一个运动都伴随着一个波场，这个波场的物理性质虽然我们现在还不清楚，但是原则上应该能够观察到。德布罗意干了一件大事，另一个物理世界的那幅巨大的帷幕，已经被轻轻地掀开了一角。”
花开两朵，各表一枝。在物理学中同一个题目常常是理论和实验双管齐下，稿纸上的推算和实验室里的测试刀枪并举，经过一场激战，堡垒才宣告攻克。
事有凑巧，就在爱因斯坦这话刚说过不久，和法国隔洋相望的美国出了一件事。在纽约的贝尔电话实验室里有一个研究人员叫戴维逊，长期以来他和助手革末在做电子轰击金属的实验。这天二人正聚精会神地观察，忽然一声巨响，一只盛放液态空气的瓶子倒地炸裂。这下可糟了，实验用的金属靶子是置于真空条件下的，现在液态空气立即气化，弥漫全室，钻进了真空系统，那块当靶子的钝锌板立即就被氧化。他们只好自认倒霉，连夜加班，将这块锌板换下来又是加热，又是洗刷，费力地将锌板表面的氧化膜去乾净，再装回真空容器里。
第二天，戴维逊和革末又来到实验室，他们将仪器安置好后又开始了那个不知重复了多少次的实验。戴维逊板动开关将电流直向锌板射去，一边喊革末调整一下锌靶的角度。革未将锌靶轻轻转了一个角度，戴维逊却吃惊地喊道：“见鬼，今天怎么连电子也学会与我绕弯子！——革末，再将锌靶转个角度。”
“先生，您发现了什么？”革末一边转动锌靶，一边问道。
“您自己来看，莫非是我的眼睛出了毛病？”戴维逊说着和革末换了个位置。
“哎呀，电子束怎么不稳定了呢？”
各位读者，你道他们发现了什么？原来随着锌板的取向变化，电子束的强度也在变化，这种现象很像一束波绕过障碍物时发生的衍射那样，但是电子明明是粒子啊，它怎么能有波的性质呢？戴维逊师徒两人又将这个实验重复了多遍，仍然如此，他们一下跌入闷葫芦里。要说电子也是波，这简直就好像说人头上长角一样不可思议。他们就这样百思不得其解，在闷葫芦里一直闷了两年。
两年后的夏天，戴维逊访问英国，遇到著名的物理学家玻恩。两人刚坐好，戴维逊就迫不及待，将那个在肚子里憋了两年的问题提了出来。玻恩不听犹可，一听戴维逊如此这般地描述，便喜不自禁，也不顾是与客人初次见面，突然在对方肩上拍了一把，大声说道：“朋友，您已经撞开了上帝的大门。”
“难道电子真的也是一种波吗？”
“是的，光有波粒二象性，一切物质微粒也有波粒二象性，电子也不例外。这正是欧洲大陆上近年来最新的理论。可惜这个假设还从没有人来验证，想不到证据却操在你的手里。”
“看来我们美国与这里远隔重洋，真是消息闭塞。我要是早一点来访问，何至于苦闷两年呢？快请您告诉我是谁提出了这个伟大的假设？”
“就是那个法国人德布罗意，这个人本是学文科的，半路出家投身物理。但也正因此他没有我们同行中惯有的旧框子，所以倒捷足先登。他不但提出假设，还推出公式，能具体地求出粒子的波长呢。他的论文发表在法国科学院会议周报上和英国的《哲学杂志》上，您可以仔细研究一下。”
这两个科学家越谈越有劲，而戴维逊心里已在悄悄地说：只今天这一席谈话我就不虚此行了。拜会过玻恩之后戴维逊已无心再到哪里转了，便草草结束了这次访问。他回到美国后，重做了两年前的实验，果然与德布罗意的预言和计算完全一致。原来两年前的那次液态气瓶爆裂帮了他的大忙。他和革末对锌板加热、洗刷后，锌板就变成了单晶体，而任何一种波经过晶体，都会生成强度周期性的变化现象。他们真是因祸得福。同时还有另一名英国物理学家小汤姆生，则从另一条途径获得一张电子衍射的照片。德布罗意理论从此得到了有力的证实。德氏因此获得1929年的诺贝尔物理学奖金，而戴维逊和小汤姆生则共同分享了1937年的诺贝尔物理学奖金。读者或许要问：这个小汤姆生与我们前面提到的老汤姆生是何关系？原来他们正是一父一子，老子发现了电子，儿子又证实了电子是波，父子二人在物理学方面做着接力研究，一时在科学史上传为美谈。
各位读者，容作者在这里插几句闲话。德布罗意和戴维逊等人证明电子是波，好像实在抽象，我们这里只举一个例子就可知这个理论的威力。我们平常所以能看到东西是靠光，那是平常的光作用于物体，再反射到我们眼里。光学显微镜所能显示的物体微小细部的能力，因所使用的光的波长小到什么程度而定。因此，放大能力最强的显微镜便使用紫外光。这好比我们撬一块大石头，要用一根粗木棍，而剔牙时却只能用一根细牙签了。好了，现在证明电子和光一样也是波，而且它的波长比紫外光要小几千倍，何不用来代替光显示物体呢？果然，人们把电子束集中在一个焦点上，射过物体，便在萤光屏上得到一个放大的图像。1932年世界上发明第一架电子显微镜。1938年美国人制成了一架能放大三万倍的电子显微镜，而当时最大的光学显微镜也只能放大2500倍，现在人们使用的电子显微镜已经能放大到二十万倍以上。
好了，闲话暂且不提，我们还回到德布罗意的故事上来。这德布罗意假设一提出，当时大部分物理学家都抱着试试看的态度。其中有一个奥地利物理学家薛定锷（1887－1961）1926年正在苏黎世大学（就是爱因斯坦曾工作过的那所大学）任教授。有人建议他把这个假设拿到学生中去讨论，他很不以为然，只是出于礼貌，才勉强答应下来。可是当他为讨论准备介绍报告时，立即被德布罗意的思想抓住了。现在我们又要看到科学史上一次惊人的相似。这薛定锷的特长是数学很好，于是他就像牛顿总结伽利略、开普勒的成果，麦克斯韦总结法拉第的成果一样，立即用数学公式将德布罗意的思想又提高了一层，得出一个著名的“薛定锷方程”。这个方程一公布立即震惊物理界，它就像牛顿方程解释宏观世界一样，能准确地解释微观世界。它清楚地证明原子的能量是量子化的；电子运动在多条轨道上，跃迁轨道时就以光的形式放出或吸收能量；电子在核外运动有着确定的角度分布。这样，他用数学形式辟出一个量子力学新体系。同时还有一个德国物理学家海森堡从另一角度研究量子力学，提出一个矩阵力学体系。薛定锷用的是微积分形式，海森堡用的是代数形式，物理学早已不是人们可以眼看手摸的形状、温度，它现在要用更抽象的概念才能作出更准确的表述了。正像我们绘画时为了更准确地传神，白描反而不够，而要用写意。
再说这个海森堡（1901－1976）越研究越深。最后，他发现我们虽然可以在宏观世界里准确地观察任何现象，而在微观世界里简直作不到这一点。这好比我们用一支粗大的测海水温度的温度计去测一杯咖啡的热量，温度计一放进去，同时就要吸收掉不少热量，所以我们根本无法测准杯子里原来的温度。而作为原子内的能量如此之小，任我们制成怎样精确的仪器，也会对它有所干扰。观察者及其仪器永是被观察现象的一个不可分割的部分，一个孤立自在的物理现象是永不存在的。这便是“测不准原理”。我们生活在这个物理世界，身在此山中，难识庐山真面目。
量子理论现在越发展越深，当初的一个幼芽，现在已经渐渐长成一棵枝叶扶疏的大树。于是，1930年一批物理学家们又齐集布鲁塞尔召开第六届索尔维会议。检阅1911年第一次会议以来量子理论的发展成果。这次会议的主角已不是普朗克，而是玻尔（1885－1962）。
这玻尔是丹麦人，1911年毕业于哥本哈根大学，后追随卢瑟福求学，1916年起就返回母校任教，并创办了物理研究所。他将当时世界上一批有才华的青年如海森堡、泡利等都团结到自己的身边。玻尔治学严谨，却又继承了老师卢瑟福的民主学风。他有一句名言，就是：“我从不怕在年轻人面前暴露自己的愚蠢。”在他的研究所里一争论起学术问题，便没有长幼、师生之分。这种充分的学术民主，依靠集体的智慧，后来被称为哥本哈根精神。
玻尔身体强壮，年轻时他们兄弟二人都是丹麦国家足球队队员，所以他后来获诺贝尔奖金时，一家丹麦报纸曾有这样一条幽默的大标题：足球名将玻尔获诺贝尔物理学奖金。后来，玻尔虽已成了名人，但还时常干一点孩子们爱干的事情�
