但是,第一次世界大战的阴云开始笼罩了欧洲。卡文迪许实验室的小伙子们都走了,波林去了兵工厂,弗劳伦斯和安德拉德当了炮兵,就连闻名学界的莫塞莱也穿上了威武的军装。
不过莫塞莱是真心实意地为国家背上步枪的。他本来作为杰出的学者,有权拒绝兵役的。但他作为英格兰人,国家开仗而自己龟缩在后方实在是耻辱。他脱下白大褂,戴上钢盔,在一个阳光明媚的早上离开了实验室。在离开之前,他把心爱的仪器X光机擦了又擦,并一再叮嘱手拙的玻尔千万不要弄坏了。
卢瑟福有力地握住了莫塞莱的手,并用他那特有的坚定的眼神向他预祝好运。而一向沉默的玻尔也絮絮叨叨地要他注意安全。
莫塞莱是天生的乐天派,他耸了耸身上的肌肉让忧心忡忡的人们放心。当他走出院子时,还传来他那高亢的声音:“再见了,朋友们,我还要回来的!”
卢瑟福和玻尔以为他们的实验室办不下去了,适龄的年青人都在战场上,而无论是官方还是私人对实验室投资的兴趣都不大了。最重要的是赢得战争,哪还顾得上原子究竟是什么样子呢?
第二天玻尔心情惆怅地走到报告厅门口,往常这里应该挤满了人来听这位原子大师的讲座。今天也许只有我一个人了吧,玻尔边想边走了进去。
大出玻尔意外的是,大厅里仍然坐满了人!所有人的目光中充满了激情。看来即使在最战乱的时候,也不能阻止人们对科学的向往。
玻尔和卢瑟福分外忙碌,很多人走了,剩下的活只能自己干。战争年月讯息也被中断了,他们不知道同盟国那边的同行们的研究进展到何种地步,更不知道实验室里那群生龙活虎的小伙子们现在是死是活。他们在一起除了讨论物理问题,就是诅咒什么时候这该死的战争究竟会结束。
一天下午,玻尔顺手接过了看门人递给他的报纸,上面的头版是“海军大臣丘吉尔的疏忽导致加里波第半岛的冒险惨遭失败。”
两个礼拜后,薛定谔再次站到讲台上,他二话没说先在黑板上写下一行公式:
然后转过身来平静地说道:“先生们,我找到了一个方程。”
这个方程在量子力学中的地位不亚于经典力学中的牛顿定律,它就是著名的薛定谔方程。
量子力学的正式诞生的第一天的面目就显得甚是诡异,人们尚不能明了它的规律,就提出了它的方程。仿佛没有见到人本身,就知道了他的长相。这也说明量子力学的建立并不需要深厚的数学功底,但对没有第一流物理思想的人来说是不可企及的。
薛定谔发展这个方程看似偶然,却也是煞费苦心。刚开始他总想把时髦的相对论引入到方程中去,但是算得的结果总是面目全非。后来他干脆先放弃相对论,开门见山地将经典物理的方程直接转换过来。他原本就是研究波动的大行家,什么纵波,横波,光波,电磁波统通不在话下,很快他就模仿着写出了自己的方程。
这个方程无疑取得了巨大的成功,很多人通过计算解释了以前不能解释的量子现象,甚至包括原子的发光问题。大家在数学上是不存在问题的,经典力学积攒了大量完美的公式可用。
不过所有人都困惑的是,方程中的ψ究竟是什么东西。连薛定谔自己也搞不明白,注意,这不是一时不明白,而是一世不明白,至少他的理解始终没有得到物理学界主流的认同。
有人写过一首四行诗打趣道:“
薛定谔的普赛(指ψ),
用处大的不得了,
只有一事尚不明,
普赛究竟为何物。”
更令人吃惊的是一个年青的日尔曼人在此同时也提出了自己的量子力学。上帝是个蹩足的导演,他要么就不让量子力学出台,要么就一出来就是两个。
这时冒出来的明星,是后来被称为“量子力学总司令”的海森堡。当海森堡十九岁那年第一次听玻尔的学术报告就尖锐地指出几处错误时,玻尔就注意到了他。
海森堡出身德国一个知识分子的家庭,他的父亲是慕尼黑大学的古代语言和拜占庭历史学的教授。
他自小聪颖过人,老师给他的评语是:“他既能抓住事物的本质,又不放过问题的细节。”上中学时由于他认为一些基础课程过分简单,而转学高等数学和物理。甚至16岁的他还帮助一个要考博士的化学系女生复习高等数学,完后用他自己的话说,不知道她懂了没有,反正自己是彻底掌握了高等数学。
他最喜欢是数学,尤其是数论。中学时就尝试证明过费马大定理和哥赫巴德猜想。这两者都是流传百年的数学难题,后者在八十年代的中国因为陈景润的神话在民间被简单演绎成了证明一加一如何等于二。
他的钢琴演奏地非常出色,和爱因斯坦的小提琴被认为是物理学界的一时瑜亮。
1920年,他考入慕尼黑大学,本来他是渴望求师著名的数学教授林德曼的。但是当教授不经意问起海森堡最近在看什么书时,海森堡回答是在看一本名叫《时间,空间,物质》的书。这位教授显然是这类玄奥的哲学是深恶痛绝的,当即警告他说:“如果看这样的书,那你在数学方面注定是没有前途的!”海森堡悻悻地退了出来,至此他决定全心投向理论物理。
这时他遇上了量子论的一个领袖人物,那个多年前和德拜打赌的那个索末菲。他是玻尔理论的大力支持者之一,玻尔的原子轨道和能级的理论经他深化后,成为更基本的索末菲量子化条件。这个工作如此干脆漂亮,连玻尔本人亦是击节赞叹。
索末菲的眼光很是了得,他一下子就从几届学生中找出海森堡和另一个叫泡利的新生参加他的理论物理讨论班。
这个泡利是后来量子力学中必不可少的人物。他被学界公认是“上帝之鞭”,因为他对物理中的各种理论几乎有种天赋的准确判断的能力。任何人把新理论拿到泡利面前都是簌簌发抖的,他只瞄几眼就能找到致命的错误,几个月,几年,甚至几十年的辛劳几分钟内就可能化为乌有。而且你的争辩几乎是无效的,很多学界名流都会宁愿相信泡利这种屡验不爽的“超能力”,而不愿相信几十个高手的联名担保或者复杂然而精细的公式推导。
这两个人立刻形影不离,并将这种友谊持续了终生。他们看起来是多么的不同呀:身材纤细的海森堡总是潇洒地穿着风衣,而肥胖的泡利总是晃动着他的硕大的脑袋。海森堡更喜欢足蹬球鞋到处旅行,泡利则爱好在昏暗的剧院里品着咖啡看歌剧。但是他们在探讨学术问题时都是分外的认真,不过经常是海森堡费劲心机提出的理论被泡利谈笑间否决了。
一次,他们两个人一起上测量弦振动频率的实验课。可是他们一边合作着实验,嘴里还在不停地争论理论问题。泡利原指望象往常一般几句尖锐的话语就将海森堡压得哑口无言,但这次海森堡不肯服输,他们干脆停下实验好好辩论,结果到快下课时才发现实验没有完成。
海森堡使个眼色,在两端固定紧的弦上轻轻弹了一下,泡利马上凑过耳朵听了一下就写下数据,而他们的“数据”居然蒙混过了关。其实,老师也在纳闷,平时这对笨手笨脚的活宝这次的结果怎么会和标准答案一样呢?
和大多杰出的理论物理学家一样,他们两个的实验水平都很逊色。最古怪的还是泡利,他的毛病是所有的仪器在他手里一碰就坏,越是先进的越是如此,这几乎和他永远正确的批判本领一样百验百中。
所以即使他成名以后,还是成为各大实验室不受欢迎的人,而泡利的脾气向来是不请自到,偏偏还喜欢亲自鼓捣一下实验室里最好的设备,最后只不过尴尬地说一声对不起之类的话。
有一次玻尔研究所的实验室里放在高柜上的一只试管莫名其妙地爆炸了,一群聪明的理论物理学家纷纷放下手头上的工作猜测究竟是什么原因,最后大家得到的一致结论这是因为在试管爆破的这段时间里,泡利在坐火车经过哥本哈根时在车站里停留了5分钟的缘故。
海森堡的博士论文险些没有通过,这还是因为对实验知道的太少了。当主考人问他最简单的显微镜和望远镜的分辨本领的问题时,他都瞠目结舌,后来干脆连电池的工作原理都搞忘了。幸亏索末菲奋力地替这位高足辩解,他才狼狈地通过考试,不过至此以后,他就开始关注实验了。
然后海森堡来到了哥廷根大学,这所大学首先是以数学闻名的。赫赫有名的数学王子高斯,大数学家克莱因,二十世纪公认的数学领袖希尔伯特均出此门。著名的理论物理学教授玻恩门下也聚集了一批优秀的青年精锐,当然最出色的就是海森堡。
(版权所有:meemei 原作)