Thursday, December 8, 2011

宇宙的精灵 #3.6



我们已经知道,波尔获得了1922年的诺贝尔物理奖。3年之后,1925年,弗兰克和赫兹也走上了诺奖的领奖台。人们自然会认为,后者是沾了前者的光。但我们必须看到,弗—赫实验是科学史上一个伟大的判决性实验,在具象意义上,它判定了“原子”的存在,在抽象意义上,它肯定了量子概念的成立。我们谨小慎微的“量子之父”普朗克,在量子概念上左右彷徨进退维谷十几年,直到这个实验才真正确信无疑。

二千多年前,希腊哲学家德漠克利特(Democritus,约公元前460-前370)提出了“原子”概念,二千多年后J.J.汤姆逊“看见”了“电子”,卢瑟福“看见”了“原子核”,而波尔最终让我们“看见”了由电子和原子核组装的“原子”。

在大学上哲学课的时候就知道奥地利物理学家和哲学家马赫是原子论的坚决反对者。听老师讲这个“反动教授”、“唯物主义的死敌”,脑子里浮现的都是电影里那些眼露凶光磨刀霍霍的“阶级敌人”的形像。1911年,三十岁出头的爱因斯坦赴任奥匈帝国版图内的布拉格大学教授时,曾去拜访过也在那任教的马赫。进得门去就听见马赫的吼声:“跟我大声说话!我不仅性格令人讨厌,而且还是个聋子!”爱因斯坦特别询问他对原子假说的看法,尽管马赫没有直接肯定,显然已不持坚决反对的态度,说这是一个能很好解释许多物理现象的好假说。没有什么尊老观念的爱因斯坦离开时对这老头充满了敬意。好可爱的一个犟老头!你也许不信,如果没有马赫,就没有“量子”的创生,从而也没有“原子”的最终成活。我们目前已经拜访过的这三位——普朗克、爱因斯坦和波尔,都是,至少曾经是,马赫哲学的拥趸,不能观察的东西是不存在的这一实证主义的原则给了他们与经典理论决裂的勇气。据说马赫最终在实验室的显示屏上看见了电子运行的轨迹,才口服心服地承认了原子的存在。看来他提出的哲学命题比他自己聪明。但无论如何我也看不出,这老头会为了某种“反动立场”而故意歪曲世界的真相。

在此,我要为马赫的老乡和曾经的同事,原子论最积极的倡导者,伟大的波尔兹曼教授,捧一抔敬仰之土洒一掬痛惜之泪!这也是一位“系统化能力”超强的智者。据说讲课经常陷入物我两忘的酒神状态,从而不知关键处应当板书。有学生提出意见,波教授很虚心地接受下来。不想下一次讲课又忘记了。讲一个原理,思绪不自觉地追随原理自身的逻辑亦步亦趋,行云流水般地走到终点,至此才松下一口气说:“这就像一加一等于二那么简单。”这时猛然想起学生提的意见,于是在黑板上工工整整地写上——

11=2

马赫和波尔兹曼,曾先后担纲维也纳大学科学哲学教授的教席。哲学上,波尔兹曼是“还原论”的坚定实践者,试图用简单基本的“元素”及其相互间的力的作用去解释复杂的经验现象,使科学理论更加“深刻、统一、和富有预见力”。而马赫的哲学则毫不留情地击碎此类“形而上学的迷梦”,反对用不可观察的抽象概念去虚构无法验证的绝对规律。在这场原子论和反原子论的激烈论争中,波尔兹曼发现优势完全不在自己一边,特别是无法赢得青年学子的心。永无休止的论战使波尔兹曼身心俱疲。190695日,在亚德里亚海滨的杜伊诺小城,到此旅游休假的波尔兹曼,乘着老婆和孩子在外面游玩的时候,在他们住的小旅店里用一根短绳在窗棂上永远休息了自己那颗疲惫的心灵!

我们可敬可爱的波尔兹曼教授如果活到现在是否能获得心灵上的慰藉?事情恐怕没有那么简单。上世纪七十年代末,当极左的“四人帮”被摧毁,人们由衷地欢呼“科学的春天”重回我们这片古老的大地。于是卢瑟福—波尔的“行星模型”成为一个代表科学的图腾频频出现在游行队伍里,宣传画上,科学书籍中。这时候的中国人的世界图景,还和波尔兹曼的一样简单而优美。然而我不得不强压不忍之心告诉大家,这仅仅是“看上去很美”。“原子假说”最终被科学界公认,并没能让科学家们停下探索的脚步,相反更强力地推动大家踉踉趄趄地往前赶。

正是那个自称“令人讨厌”的马赫教授不让大家休息。原子的存在已经勿庸置疑了,但它的精细结构还有待实证呢。“电子轨道”——你“看见”了吗?仅就这简单的一问,就足以让在这场量子革命的洪流中前赴后继的科学家们重新卷入错综复杂的问题漩涡,其迷茫、彷徨、矛盾和痛苦,个中滋味,决不会比1906年的波尔兹曼轻松半点。

耐人寻味的是,弗—赫实验证实了波尔的电子跃迁的假说,故成为波尔量子化原子模型成立的判决性实验。同时这个实验意外地成为一个可以测定原子电子轨道的能级差的实验,比如我们谈到的4.9电子伏,而这是这个“能级差”概念,日后将成为动摇波尔理论的杠杆。唉!什么叫“前赴后继”呐?你把别人打倒了,保不准哪天又被别人打倒。革命时期的科学家必须要有良好的心态,惯看各种理论的生生灭灭。

然而这就是科学的魅力所在。她永远会逼迫人们去解决问题,又永远会自生出新的问题,从而使科学这条大河永远有汹涌澎湃的动力,永不停歇地奔向一个不确定的远方。波尔的伟大历史功绩,不是以优美的简单性解决了一个问题,而是掀起了一个更复杂的问题巨澜,无情地冲刷掉一切科学的惰性,在日后挑动各路科学精英纷纷投入一场惨烈的混战,像奥德修率领的勇士一样,高举火炬从木马中杀出,在经典物理的特洛伊城点燃一场熊熊烈焰,召唤量子力学的这只火凤凰从劫后的灰烬中卓然生腾!

 
(第三章完)


特洛伊战争

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