Sunday, December 18, 2011

宇宙的精灵 #8.3



伟大的物理学家洛伦兹现在已经73岁,头脑还清醒得很呢。看了薛定谔的头三篇论文就发现了问题,主要集中在粒子是波包的观点。因为根据计算,波包会随着时间发散,这与微观粒子的稳定性的观察事实明显相悖。薛定谔在第六篇关于谐振子的论文试图解决这个问题,论证波包不随时间发散。但洛伦兹马上也发现了问题,因为谐振子体系很特殊,根本不具有普适性。洛伦兹的意见是对的。洛伦兹是经典物理的最后一代大师,经典电子论的创立者。他深深地明白,量子论的基础跟他的电子论的基础是根本对立的,二十世纪初的物理学革命对他的冲击是深刻的,他甚至说很遗憾没有在旧的理论的基础崩溃前死去。但是他对新物理学的开放和愉快接受的胸襟,对年轻科学家的包容和热情支持的态度,赢得新生代科学家的尊重。两年以后,1928年,洛伦兹在荷兰去世,荷兰全国电报和电话停止三分钟,让这位伟人参与建构的电动力学规律也参加哀悼。

是的,如洛伦兹所说,旧理论的基础已经崩溃,但新理论却没有基础。这是二年前的事情,现在不仅有了,而且是两个!矩阵力学和波动力学也许都还不完善,但同样是基础性的,公理化的。问题在于,它们是根本对立的——一个以粒子为基本元素建构新的理论大厦,一个以波动为本质缔造基本运动方程。这麻烦就大了,一座摩天楼的蓝图都设计好了,地质勘探还没做呢!当老国王牛顿在新大陆显得越无能为力、理屈词穷的时候,唯一让他欣慰的是,革命者们也不知道应该建立一个什么样的新国家。

“金三角”的科学家们这一二十年来风风雨雨、坎坎坷坷,尽管山高水险、前路迷茫,怎敌我患难与共,风雨同舟,终于走到今天这欢庆的时刻。遵循“可观察量原则”和“对应数学”的建国大纲,眼见一个独立的矩阵共和国在新大陆矗立,老帝王行将卷铺盖走人。不料那一厢德布罗意王子高举波动义旗揭竿而起,多情的薛定谔在“虞妃”的激励下,走法国王子的贵族路线建立了一个秩序井然的波动王国,声称只要认识到新大陆的广大人民群众的本质是波,必然性就还是一个令行禁止的国王,旧日王国的安定团结、和谐稳定的局面可以在我这儿全部恢复。薛定谔在创立波动力学时已经知道了哥廷根学派的矩阵力学,但坚决撇清二者的关系:“我不知道它(指波动力学)和海森堡有任何继承上的关系。我当然知道海森堡的理论,它是一种缺乏形象化的,极为困难的超级代数方法。我即使不完全排斥这种理论,至少也对此感到沮丧。”“攸攸万事,惟此惟大,克己复礼。”一时间,回归经典的大纛裹挟去了不少人马。

伤肝动火的是哥本哈根学派的年轻人。倒退是没有出路的,少壮派们决不甘心于这样就败下阵去,拼力阻止这股复辟经典的逆流。海森堡在给泡利的信中写到:“对薛定谔理论的物理部分考虑越多,我就越讨厌它。薛定谔在《年鉴》上写的文章几乎没有任何意义,换句话说,我认为简直是在胡说八道。”泡利也附和着说这是苏黎世的“地方迷信”。这话让薛定谔知道后觉得很伤自尊伤感情,以至于口无遮拦的泡利不得不去信解释:“这不是针对你个人的不友善行为,我其实只想表达自己的观点:量子现象很自然地展示出连续物理学(场物理)概念无法表达出的内容。”狄拉克也本能地拒斥薛定谔那种经典的数学套路,认为奇特的量子现象应该由奇特的(queer)数学——“q数”——来描述,而不能用经典的(classic)数学——“c数”——来描述。狄拉克在后来的回忆中坦承:“一开始,我对薛定谔的思想肯定怀有敌意”,他当时的想法是:“为什么还要倒退到没有量子力学的、海森堡以前的时期,并重建量子力学呢?我对于这种必须走回头路,或许还得放弃新力学最近取得的所有进步而重新开始的想法,深感不满。”

前面说海森堡“向组织汇报”并非戏言,波尔现在确实是他的“组织”。1926年上半年,海森堡同时收到了两份就职邀请,一份是德国莱比锡大学的副教授的教职,另一份是丹麦哥本哈根,接替克拉默斯当波尔的助手。名利角度,前一份当然更有诱惑——毕竟是副教授嘛,而波尔那只是个讲师;事业角度,后一份无以伦比——波尔的思想盛宴,不是什么人都有机会的。功利的父亲希望儿子接受前一个职位,但经过圈内广泛征求意见,包括自己老师玻恩和爱因斯坦的意见,海森堡最终选择了哥本哈根。事实证明这是一个无比正确的决定,历史注定了海森堡还有更精彩的篇章。

言归正传。波尔接到海森堡的慕尼黑来信后,就产生了组织量子力学两大阵营最高对决的战略构想,于是发函邀请薛定谔到哥本哈根大学讲学。薛定谔于19269月底到达哥本哈根,波尔亲自到火车站迎接,而“波矩大战”或“波粒大战”差不多从两人一见面就开始了。薛定谔住进了波尔家,这使他们的争论可以通宵达旦地进行。PK主要在波—薛之间进行,海森堡从旁擂鼓助战。波尔厚嘴唇宽下巴,一看就是忠厚之人,平常对人体贴入微,豁达随和,亲切和蔼,可是碰上重大学术争论,如海森堡所说“就像着了魔似的”,活像一个好斗的小公鸡儿,穷追不舍,不依不饶。薛定谔也不是善主,才思敏捷,伶牙俐齿。两个四十岁上下的男人(波比薛大三岁)的战争打得是天昏地暗,唇枪舌剑,寸土必争。薛攻击波的电子跃迁匪夷所思、一派胡言,根据电磁学理论跃迁必须连续进行;波反戈一击,说量子跃迁根本不是传统理论可以解释,如果间断性的跃迁不存在,黑体辐射又作何解释。面对波尔的死缠烂打,薛定谔举手作投降状说,如果必须忍受这该死的量子跃迁,我宁可从没涉足原子理论。薛说我们必须转变观念,作为粒子的电子是不存在的,只有波的观点才能解释原子的光辐射。波则反击薛的波函数的物理解释,说所谓“波包”必然随时间“发胖”。薛则百般辩护,殊死抵抗。波步步进逼,要求薛把每一个论点都说得一清二楚,然后又一一批得体无完肤……如此几天下来,薛定谔终于扛不过运动员出身的波尔,感冒发烧,病倒在床。病床这边,波尔太太奉汤伺水照顾病号,病床那边波尔先生喋喋不休攻击论敌,在旁助战的海森堡不断地听到:“但是薛定谔,你至少得承认……”

关于“哥本哈根会战”薛定谔的感受,他自己有一段很抒情的文字:“和煦的阳光暖暖地照在这亲切和善殷勤好客的家园,在那里,善良的人们像对老朋友一样地招待着我这个陌生人,使我倍感温馨舒适。这是我内心深处永难忘怀的经历。这个城市、这所住宅,还有这个家庭,这一切都属于伟大的尼尔斯·波尔。感谢他为我安排的这一切,使得我能够连续几小时向他吐露心声,并聆听这位为现代物理学奠定了坚实基础的伟人,为在学术上更上一层楼做出的努力和采取的立场。对一个物理学家来说,这真是永世难忘的经历。”不长的文字,用了两个“难忘”。

“哥本哈根会战”是矩阵派占了上风,奥斯卡·克莱茵的回忆说薛定谔接受了波尔和海森堡的物理解释,不过后来又反悔了。“慕尼黑遭遇战”的败军之将海森堡扬眉吐气,觉得取得了彻底的胜利,今后不必再理会什么“波动力学”了。波尔则认为事情没那么简单,在波—粒二象性问题没搞清楚之前,量子力学难言完胜。对这次会战结果评估的差别,已经蕴藏了波尔与海森堡之间的深刻矛盾,而这个矛盾,以后又引发了一场“波—海之争”,那一次大战的激烈程度也决不亚于这次,而且还动了感情,以至把海森堡都气哭了。知道波尔的利害了吧?这让我想起《大话西游》里的那个唐僧——慈悲为怀,普渡众生,却是个话唠子,那个絮絮叨叨呀,能让那看押他的小妖宁可自杀。呵呵,开个玩笑。

No comments:

Post a Comment