Posted on 2008-05-20 22:36
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心情書寫
故事發(fā)生在二十世紀(jì)初的法國(guó)。
巴黎。一樣的延續(xù)著千百年的燈紅酒綠，香榭麗舍大道上散發(fā)著繁華和曖昧，紅磨坊里彌漫著躁動(dòng)與彷徨。而在此時(shí)的巴黎，有一個(gè)年輕人，名字叫做德布羅意（De
Broglie），從他的名字當(dāng)中可以看出這是一個(gè)貴族，事實(shí)上德布羅意的父親正是法國(guó)的一個(gè)伯爵，并且是正是一位當(dāng)權(quán)的內(nèi)閣部長(zhǎng)。這樣一個(gè)不愁吃不愁穿只是成天愁著如何打發(fā)時(shí)光的花花公子自然要找一個(gè)能消耗精力的東西來(lái)磨蹭掉那些無(wú)聊的日子（其實(shí)象他這樣的花花公子大約都會(huì)面臨這樣的問題）德布羅意則找到了一個(gè)很酷的“事業(yè)”——研究中世紀(jì)史。據(jù)說(shuō)是因?yàn)橹惺兰o(jì)史中有著很 多神秘的東西吸引著這位年輕人。
時(shí)間一轉(zhuǎn)就到了1919，這是一個(gè)科學(xué)界急劇動(dòng)蕩動(dòng)著的年代。就在這一年，德布羅意突然移情別戀對(duì)物理產(chǎn)生了興趣，尤其是感興趣于當(dāng)時(shí)正流行的量子論。具體來(lái)說(shuō)就是感興趣于一個(gè)在當(dāng)時(shí)很酷的觀點(diǎn)：光具有粒子性。這一觀點(diǎn)早在十幾年前由普朗克提出，而后被愛因斯坦用來(lái)解釋了光電效應(yīng)，但即便如此，也非常不見容于物理學(xué)界各大門派。
德布羅意倒并不見得對(duì)這一觀點(diǎn)的物理思想有多了解，也許他的理解也僅僅就是理解到這個(gè)觀點(diǎn)是在說(shuō)“波就是粒子”。或許是一時(shí)沖動(dòng)，或許是因?yàn)槟贻p而擺酷，德布羅意來(lái)到了一派宗師朗之萬(wàn)門下讀研究生。從此，德布羅意走出了一道足以讓讓任何傳奇都黯然失色的人生軌跡。
二
歷史上德布羅意到底花了多少精力去讀他的研究生也許已經(jīng)很難說(shuō)清，事實(shí)上德布羅意在他的5年研究生生涯中幾乎是一事無(wú)成。事實(shí)上也可以想象，一個(gè)此前對(duì)物理一竅不通的中世紀(jì)史愛好者很難真正的在物理上去做些什么。
白駒過(guò)隙般的五年轉(zhuǎn)眼就過(guò)去了，德布羅意開始要為他的博士論文發(fā)愁了。其實(shí)德布羅意大約只是明白普朗克愛因斯坦那幫家伙一直在說(shuō)什么波就是粒子，（事實(shí)上對(duì)于普朗克大約不能用“一直”二字，此時(shí)的普朗克已經(jīng)完全拋棄自己當(dāng)初的量子假設(shè)，又回到了經(jīng)典的就框架。）而真正其中包含的物理，他能理解多少大約只有上帝清楚。
五年的盡頭，也就是在1924，德布羅意終于提交了自己的博士論文。
他的博士論文只有一頁(yè)紙多一點(diǎn)，不過(guò)可以猜想這一頁(yè)多一點(diǎn)的一份論文大約已經(jīng)讓德布羅意很頭疼了，只可惜當(dāng)時(shí)沒有槍手可以雇來(lái)幫忙寫博士論文。他的博士論文只是說(shuō)了一個(gè)猜想，既然波可以是粒子，那么反過(guò)來(lái)粒子也可以
是波。
而進(jìn)一步德布羅意提出波的波矢和角頻率與粒子動(dòng)量和能量的關(guān)系是：
動(dòng)量＝普朗克常數(shù)／波矢
能量＝普朗克常數(shù)＊角頻率
這就是他的論文里提出的兩個(gè)公式而這兩個(gè)公式的提出也完全是因?yàn)樵趷垡蛩固菇忉尮怆娦?yīng)的時(shí)候提出光子的動(dòng)量和能量與光的參數(shù)滿足這一關(guān)系。
可以想象這樣一個(gè)博士論文會(huì)得到怎樣的回應(yīng)。在對(duì)論文是否通過(guò)的投票之前，德布羅意的老板朗之萬(wàn)就事先得知論文評(píng)審委員會(huì)的六位教授中有三位已明確表態(tài)會(huì)投反對(duì)票。本來(lái)在歐洲，一個(gè)學(xué)生苦讀數(shù)年都拿不到學(xué)位是件很正常的事情，時(shí)至今日的歐洲也依然如此。何況德布羅意本來(lái)就是這么一個(gè)來(lái)混日子的的花花公子。然而這次偏偏又有些不一樣——德布羅意的父親又是一位權(quán)高望眾的內(nèi)閣部長(zhǎng)，而德布羅意在此廝混五年最后連一個(gè)Ph.D都沒拿到，雙方面子上自然也有些掛不住。情急之中，朗之萬(wàn)往他的一個(gè)好朋友那里寄了一封信。當(dāng)初的朗之萬(wàn)是不是礙于情面想幫德布羅意混得一個(gè)PhD已不得而知，然而事實(shí)
上，這一封信卻改變了科學(xué)發(fā)展的軌跡。
三
這封信的收信人是愛因斯坦。
信的內(nèi)容大致如下：
尊敬的愛因斯坦閣下：在我這里有一位研究生，已經(jīng)攻讀了五年的博士學(xué)位，如今即將畢業(yè)，在他提
交的畢業(yè)論文中有一些新的想法………………請(qǐng)對(duì)他的論文作出您的評(píng)價(jià)。另外順便向您提及，該研究生的父親是弊國(guó)的一位伯爵，內(nèi)閣的＊＊部長(zhǎng)，若您……，將來(lái)您來(lái)法國(guó)定會(huì)受到隆重的接待
朗之萬(wàn)
在信中，大約朗之萬(wàn)的潛臺(tái)詞似乎就是如果您不肯給個(gè)面子，呵呵，以后就甭來(lái)法國(guó)了。
不知是出于知趣呢，還是出于當(dāng)年自己的離經(jīng)叛道而產(chǎn)生的惺惺相惜，愛因斯坦很客氣回了一封信，大意是該論文里有一些很新很有趣的思想云云。
此時(shí)的愛因斯坦雖不屬于任何名門望派，卻已獨(dú)步于江湖，頗有威望。有了愛因斯坦的這一封信，評(píng)審委員會(huì)的幾位教授也不好再多說(shuō)些什么了。
于是，皆大歡喜。浪蕩子弟德布羅意就這樣“攻讀”下了他的PhD（博士）。而按照當(dāng)時(shí)歐洲的學(xué)術(shù)傳統(tǒng)，朗之萬(wàn)則將德布羅意的博士論文印成若干份分寄到了歐洲各大學(xué)的物理系。大約所有人都以為事情會(huì)就此了結(jié)，多少年以后德布羅意那篇“很新很有趣”
博士論文也就被埋藏到了檔案堆里了。德布羅意大約也就從此以一個(gè)PhD的身份繼續(xù)自己的浪蕩生活。。
但歷史總是喜歡用偶然來(lái)開一些玩笑，而這種玩笑中往往也就順帶著改變了許多人的命運(yùn)。
在朗之萬(wàn)寄出的博士論文中，有一份來(lái)到了維也納大學(xué)。
四
1926年初。維也納。當(dāng)時(shí)在維也納大學(xué)主持物理學(xué)術(shù)活動(dòng)的教授是德拜，他收到這份博士論文后，將它交給了他的組里面一位已經(jīng)年屆中年的講師。這位講師接到的任務(wù)是在兩周后的seminar（學(xué)術(shù)例會(huì)）上將該博士論講一下。這位“老”講師大約早已適應(yīng)了他現(xiàn)在這種不知算是平庸還是算是平靜的生活，可以想象，一個(gè)已到不惑之年而仍然只在講師的位置上晃蕩的人，其學(xué)術(shù)前途自然是朦朧而晦暗。而大約也正因?yàn)檫@位講師的這種地位才使得它可以獲得這個(gè)任務(wù)，因?yàn)榈掳輰⑷蝿?wù)交給這位講師時(shí)的理由正是“你現(xiàn)在研究的問題不很重要，不如給我們講講德布羅意的論文吧” 。這位講師的名字叫做——薛定諤（Schrodinger）
在接下來(lái)的兩周里，薛定諤仔細(xì)的讀了一下德布羅意的“博士論文”，其實(shí)從內(nèi)容上來(lái)講也許根本就用不上“仔細(xì)”二字，德布羅意的這篇論文只不過(guò)一頁(yè)紙多一點(diǎn)，通篇提出的式子也不過(guò)就兩個(gè)而已，并且其原型是已經(jīng)在愛因斯坦發(fā)表的論文中出現(xiàn)過(guò)的。然而論文里說(shuō)的話卻讓薛定諤一頭霧水，薛定諤只知道德布羅意大講了一通“波即粒子，粒子即波”，除此之外則是“兩個(gè)黃鸝鳴翠柳”——不知所云。兩周之后，薛定諤硬著頭皮把這篇論文的內(nèi)容在seminar上講了一下，講者不懂，聽者自然也是云里霧里，而老板德拜則做了一個(gè)客氣的評(píng)價(jià)：“這個(gè)年輕人的觀點(diǎn)還是有些新穎的東西的，雖然顯得很孩子氣，當(dāng)然也許他需要更深入一步，比如既然提到波的概念，那么總該有一個(gè)波動(dòng)方程吧”多年以后有人問德拜是否后悔自己當(dāng)初作出的這一個(gè)評(píng)論，德拜自我解嘲的說(shuō)“你不覺得這是一個(gè)很好的評(píng)論嗎？”并且，德拜建議薛定諤做一做這個(gè)工作，在兩周以后的seminar上再講一下。
兩周以后。薛定諤再次在seminar上講解德布羅意的論文，并且為德布羅意的“波”找了一個(gè)波動(dòng)方程。這個(gè)方程就是“薛定諤方程”！當(dāng)然，一開始德布羅意的那篇論文就已經(jīng)認(rèn)為是垃圾，而從垃圾產(chǎn)生出來(lái)的自然也不會(huì)離垃圾太遠(yuǎn)，于是沒人真正把這個(gè)硬生生給德布羅意的“波”套上的方程當(dāng)一回事，甚至還有人順口編了一首打油詩(shī)諷刺薛定諤的方程：歐文用他的psi，計(jì)算起來(lái)真靈通：但psi真正代表什么，沒人能夠說(shuō)得清。（歐文就是薛定諤，psi是薛定諤波動(dòng)方程中的一個(gè)變量）
故事的情節(jié)好像又一次的要?dú)w于平庸了，然而平庸偏偏有時(shí)候就成了奇跡的理由。大約正是薛定諤的“平庸”使得它對(duì)自己的這個(gè)波動(dòng)方程的平庸有些心有不甘，他決定再在這個(gè)方程中撞一撞運(yùn)氣。
五
上面講到的情節(jié)放到當(dāng)時(shí)的大環(huán)境中來(lái)看就好像是湖水下的一場(chǎng)大地震——從湖面上看來(lái)卻是風(fēng)平浪靜。下面請(qǐng)?jiān)试S我暫時(shí)停止對(duì)“老”講師薛定諤的追蹤，而回過(guò)頭來(lái)看一看這兩年發(fā)生物理學(xué)界這個(gè)大湖表面的風(fēng)浪。此前，玻爾由普朗克和愛因斯坦的理論的啟發(fā)提出了著名的“三部曲”，解釋了氫光譜，在這十幾年的發(fā)展當(dāng)中，由玻爾掌門的哥本哈根學(xué)派已然是量子理論界的“少林武當(dāng)”。 1925，玻爾的得意弟子海森堡提出了著名的矩陣力學(xué)，進(jìn)一步拋棄經(jīng)典概念，揭示量子圖像，精確的解釋了許多現(xiàn)象，已經(jīng)成為哥本哈根學(xué)派的鎮(zhèn)門之寶——量子屆的“屠龍寶刀”。不過(guò)在當(dāng)時(shí)懂矩陣的物理學(xué)家沒有幾個(gè)，所以矩陣力學(xué)的影響力仍然有限。事實(shí)上就是海森堡本人也并不懂“矩陣”，而只是在他的理論出爐之后哥本哈根學(xué)派的另一位弟子玻恩告訴海森堡他用的東西在數(shù)學(xué)中就是矩陣。
再回過(guò)頭來(lái)再關(guān)注一下我們那個(gè)生活風(fēng)平浪靜的老講師薛定諤在干些什么——
我指的是在薛定諤講解他的波動(dòng)方程之后的兩個(gè)星期里。事實(shí)上此時(shí)的他正浸在溫柔鄉(xiāng)中——帶著他的情婦在維也納的某個(gè)滑雪場(chǎng)滑雪。不知道是宜人的風(fēng)景還是身邊的溫香軟玉，總之是冥冥之中有某種東西，給了薛定諤一個(gè)靈感，而就是這一個(gè)靈感，改變了物理學(xué)發(fā)展的軌跡。
薛定諤從他的方程中得出了玻爾的氫原子理論！
六
倚天一出，天下大驚。從此誰(shuí)也不敢再把薛定諤的波動(dòng)方程當(dāng)成nonsense（扯淡）了。哥本哈根學(xué)派的掌門人玻爾更是大為驚詫，于是將薛定諤請(qǐng)到哥本哈根，詳細(xì)切磋量子之精妙。然而讓玻爾遺憾的是，在十天的漫長(zhǎng)“切磋”中，兩個(gè)人根本都不懂對(duì)方在說(shuō)些什么。在一場(chǎng)讓兩個(gè)人都疲憊不堪卻又毫無(wú)結(jié)果的“哥本哈根論劍”之后，薛定諤回到了維也納，薛定諤回到了維也納之后仍然繼續(xù)做了一工作，他證明了海森堡的矩陣力學(xué)和他的波動(dòng)方程表述的量子論其實(shí)只是不同的描述方式。從此“倚天”“屠龍”合而為一。此后，薛定諤雖也試圖從更基本的假設(shè)出發(fā)導(dǎo)出更基本的方程，但終究沒有成功，而不久，他也對(duì)這個(gè)失去了興趣，轉(zhuǎn)而去研究“生命是什么”。
歷史則繼續(xù)著演義他的歷史喜劇。德布羅意，薛定諤都在這場(chǎng)喜劇中成為諾獎(jiǎng)得主而名垂青史。
尾聲
其實(shí)在這一段讓人啼笑皆非的歷史當(dāng)中，上帝還是保留了某種公正的。薛定諤得出它的波動(dòng)方程僅在海森堡的矩陣力學(xué)的的誕生一年之后，倘若上帝把這個(gè)玩笑開得更大一點(diǎn)，讓薛定諤在1925年之前就導(dǎo)出薛定諤方程，那恐怕矩陣力學(xué)就根本不可能誕生了（波動(dòng)方程也就是偏微分方程的理論是為大多數(shù)物理學(xué)家所熟悉的，而矩陣在當(dāng)時(shí)則沒有多少人懂）。如此則此前在量子領(lǐng)域已辛苦奮斗了十幾年的哥本哈根學(xué)派就真要吐血了！薛定諤方程雖然搞出了這么一個(gè)波動(dòng)方程，卻并不能真正理解這個(gè)方程精髓之處，而對(duì)它的方程給出了一個(gè)錯(cuò)誤的解釋——也許命中注定不該屬于他的東西終究就不會(huì)讓他得到。對(duì)薛定諤方程的正確解釋是有哥本哈根學(xué)派的玻恩作出的。（當(dāng)然玻恩的解釋也讓物理界另一位大師——愛因斯坦極為震怒，至死也念念不忘“上帝不會(huì)用擲色子來(lái)決定這個(gè)世界的”，此為后話）。更基本的量子力學(xué)方程，也就是薛定諤試圖獲得但終究無(wú)力企及的的基本理論，則是由根本哈根學(xué)派的另一位少壯派弟子——狄拉克導(dǎo)出的，而狄拉克則最終領(lǐng)袖群倫，建起了了量子力學(xué)的神殿。