玻恩和索末菲是两类完全不同的人物。索末菲学识渊博,对物理学的各个分支都极有研究,玻恩则以深厚的数学功底名动物理学界。索末菲最喜欢和学生们坐在咖啡馆里随意地探讨深刻的物理问题,玻恩则宁愿整日伏在写字桌前苦思冥想。但是他们两人无疑都是第一流的学者,用海森堡自己的话说:在索末菲那里学到了物理,在玻恩那里学到了数学,而在玻尔那里学到了哲学。
24岁的海森堡已经对量子力学的前景颇有见地。但是当他听说薛定谔也搞出一套当然大吃一惊,他倒不是担心被人抢先了,而是两个人的量子力学怎么也扯不到一块去,很可能两个人的解释都要完蛋了。
他决定在短暂的暑假里把自己的工作好好整理出来。正好他得了急性麻疹,脸肿得犹如马蜂蛰过一般。玻恩毫不犹豫地让海森堡去赫尔果兰岛上去疗养一段时间。
这是天赐的机缘,如果他仍留在学校里和同学们讨论的话,一定会使头脑更添混乱的。在学术研究上固然讨论不可缺少,但适期地将自己隔离也会取得意想不到的效果。
这里阳光明媚,空气清新,晚上激荡的涛声彻夜难消。岛上海森堡遇到的不是憨厚的渔夫,就是来旅游的外地人,连话都听不懂,更遑论学术交流了。
一天夜里,岛上卷起了骇人的风暴,海森堡几次想关上窗户入睡窗户都被刮开。后来海森堡干脆披起衣服决定干个通宵。
昏黄的灯泡被吹得摇摇摆摆,墙上海森堡的影子显得分外高大。他奋笔急写,很快就要导出最后的结果。这时牙也咬紧了,头发紧张地都要竖起来。
但是最后的结果还是把他吓得几乎从床上跌下去。稿纸上最后一行赫然写着:
“MN≠NM”
更简单的说法就是一乘以二不等于二乘以一,还能找到比这更荒谬的么?
第二天他就急忙回到学校问玻恩究竟是怎么回事。玻恩在数学上浸淫多年,眼光何等锐利。他当即就拍了一下海森堡的脑袋,喜形于色地说道:“你终于找到了,这就是矩阵呀。”
所谓矩阵就是把数字摆成方块,它也有自己的加法,减法和乘法。离奇的是它不满足一般的交换性,比如一乘以二不等于二乘以一。
海森堡接下去的推理的结果更是离奇,不过就此揭穿了量子力学最基本的性质,这就是著名的“测不准原理”。比如微观中的电子,你如果想精确描述它的位置的话,就休想知道它的运动速度;反之,如果你精确测得它的速度的话,它的位置又变得不固定了。这决不是实验手段不够先进,而是自然界的面目本来如此。
海森堡思前想后还是决定把这篇论文交给老友泡利过目。他费了好大劲才抑止住自己买盒高级巧克力“贿赂”泡利的想法。他当然深知老友的喜好了,他更知道如果过不了泡利的那一关一切都是白搭。
不过泡利这次不仅展示出难得的高姿态,而且素以悲观主义著称的他亦逢人就讲,海森堡的量子力学简直给了自己生活下去的勇气。
海森堡的理论叫“矩阵力学”,和薛定谔的波动力学针锋相对。不过他的矩阵运算过于繁难,人们更倾向于解波动方程。然而是海森堡最先悟到量子力学的基本原理,可以说和薛定谔打了个平手。看来形势是一片大好。但我们仍听到这样的话:
“量子力学很像这样的一种胜利:它让你先是笑上两个月,然后再哭上一年。”
另一个人哀叹道:“如果真存在所谓的几率解释,我就绝对不能原谅自己搞过量子理论!”
第三个人在回忆录中承认:“这只是刚开始,我们逐渐进入非常痛苦的境地,神经都要崩溃了。”
第四个人(干脆说明这是爱因斯坦,用第一,第二这样的代称未免太不恭敬)摇头道:“我简直像一只鸵鸟,为了不看到量子那丑恶的面孔,宁愿把头扎入沙堆中。”
说这些话的人都不是藉藉无名之辈,而当时公认的先锋。说量子力学最终带来痛苦的是玻尔的首席助手克拉姆斯,哀叹的人就是薛定谔本人,承认紧张的人则是海森堡。
这时量子力学的第一前沿转移到玻尔的研究所来了。
海森堡一到玻尔研究所就深深喜欢上那里。所里的学术空气的自由气氛是前所未遇的。一群激昂的年青人有的站着,有的坐在桌子上高谈阔论,而老成的玻尔规矩地坐在第一排记笔记。他一般不率先不发表言论,连他自己都认为自己的思维太慢,跟不上他们的步伐。
虽然每一项的讨论都是玻尔收底,然而还是有一些狂傲的学生指着这位诺贝尔奖金获得者的鼻子大声说他绝对不了解自己的思想。
玻尔毫不介怀,因为他明白,到明天早上所有的人都会领悟到只有自己最后提出来的解决办法才是唯一合理的。
饶是如此,玻尔出名的驽钝成为学生们茶后的谈资。玻尔为了调剂学生们的生活经常自己掏钱请大家看电影。可是和玻尔看电影是顶无趣的。在满脑子哲学思想的玻尔眼里所谓最好的电影无非是“懒汉农场大战”和“寂寞的守林人和印第安姑娘”之类的片子。大家看了两遍之后就腻透了,可是玻尔看到第四遍还在向边上的人问诸如“这个人是不是那个牧童的姐姐”,“是那个牧童开枪打死了那个想偷他姐夫牛群的印第安人么”之类的问题。
大家在研究所里一般都工作的很晚,好心的玻尔嘱咐茶房定时地送来咖啡,除此以外,玻尔还自告奋勇地给大家讲带有哲学意味的笑话,结果通常使得本就疲劳的人们更是哈欠连天。
要么就是找到报纸上的字谜游戏和大家一起猜,一般人猜一会就没了兴趣,可玻尔在这件事上也很认真,常常不解不休。
一天深夜,大家都睡得迷迷糊糊,蓦地玻尔的脑袋从门里伸出来,高兴地向人们欢呼道,我找到了。大家头脑中都浮现出当年的阿基米德从浴缸里裸身跑出的一幕,精神俱皆一振,但是玻尔后头压低声音说的话让所有人都哭笑不得,原来他只不过是想说那个以ich三个字母结尾的单词原来是英国工业城市Ipswich.
玩笑归玩笑。不过研究所的每一个人从内心来讲都是对玻尔都是极端尊敬的。他慈祥得像父亲,随意得像兄弟,到哪里找的到这样的伙伴领导呢。
当时的物理学家们都有一种从天上落下的虚空之感,他们一直是踩在牛顿力学的坚实土地上的,这一次当真是天翻地覆了。
最忙碌的还是玻尔那里的人了,他们被两种性质完全不同的量子力学搅昏了脑袋。最好还是让两种学说的创始人亲自见一下面吧。
鉴于海森堡本人就在研究所,玻尔向薛定谔本人发出了邀请信。
1926年9月,薛定谔抵达哥本哈根。很多物理学家,还有一些业外人士都跑来看热闹,这下就可以一证真伪了。
在此之前,可以想象海森堡和薛定谔之间进行了怎样一场口诛笔伐。海森堡说一提起无聊的薛定谔方程就感到浅薄,而薛定谔指出海森堡那种复杂的矩阵理论不过是一种卖弄,至于所谓的测不准原理简直滑天下之大稽。
海森堡原本指望找好友泡利上前助阵的,他本身就是一柄利剑。何况挑剔的泡利是从不可能同时信仰两种理论的。可是一贯正确的泡利在审查完薛定谔的理论后,唉声叹气地告诉海森堡自己委实爱莫能助。看来连泡利都快被整疯了。
但是海森堡这边的势力显然是压倒多数,研究所的兄弟们都支持他,包括威望了得的玻尔;而薛定谔是单身一人来应战的,陪他的只有那副戴了一生的宽边眼镜。
可是很快就发展成戏剧性的结果。薛定谔被一群人疯狂质问了两天两夜,始终没有屈服,但是双拳难敌四腿,只好躲到旅馆挂起了免战牌。海森堡他们本以为几天后这个倔人就会投降了。可是经过薛定谔几天在旅馆里彻夜不眠的计算后,他凭借扎实的数学功底居然证明了两种表述居然是等价的。他和海森堡两个人就像用两个民族的语言描绘一件事而已。
海森堡和一帮支持者大大地泄气了,而薛定谔则趾高气扬地出入讨论会,竭力地向大家推广他的新理论。
(版权所有:meemei 原作)