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俊鱁。
那么,△E和△t都很确定,海森堡的公式△E×△t 》 h2π也就不成立。所以整个量子论是错误的!
这可以说是爱因斯坦凝聚了毕生功夫的一击,其中还包含了他的成名绝技相对论。这一招如白虹贯日,直中要害,沉稳老辣,干净漂亮。玻尔对此毫无思想准备,他大吃一惊,一时想不出任何反击的办法。据目击者说,他变得脸如死灰,呆若木鸡(不是比喻!),张口结舌地说不出话来。一整个晚上他都闷闷不乐,搜肠刮肚,苦思冥想。
罗森菲尔德后来描述说:
“(玻尔)极力游说每一个人,试图使他们相信爱因斯坦说的不可能是真的,不然那就是物理学的末日了。但是他想不出任何反驳来。我永远不会忘记两个对手离开会场时的情景:爱因斯坦的身影高大庄严,带着一丝嘲讽的笑容,静悄悄地走了出去。玻尔跟在后面一路小跑,他激动不已,词不达意地辩解说要是爱因斯坦的装置真的管用,物理学就完蛋了。”
这一招当真如此淳厚完美,无懈可击?玻尔在这关键时刻力挽沧海,方显英雄本色。他经过一夜苦思,终于想出了破解此招的方法,一个更加妙到巅毫的巧招。
罗森菲尔德接着说:
“第二天早上,玻尔的胜利便到来了。物理学也得救了。”
玻尔指出:好,一个光子跑了,箱子轻了△m。我们怎么测量这个△m呢?用一个弹簧称,设置一个零点,然后看箱子位移了多少。假设位移为△q吧,这样箱子就在引力场中移动了△q的距离,但根据广义相对论的红移效应,这样的话时间的快慢也要随之改变相应的△T。可以根据公式计算出:△T》h△mc^2。再代以质能公式△E=△mc^2,则得到最终的结果,这结果是如此眼熟:△T△E 》 h,正是海森堡测不准关系!
我们可以不理会数学推导,关键是爱因斯坦忽略了广义相对论的红移效应!引力场可以使原子频率变低,也就是红移,等效于时间变慢。当我们测量一个很准确的△m时,我们在很大程度上改变了箱子里的时钟,造成了一个很大的不确定的△T。也就是说,在爱因斯坦的装置里,假如我们准确地测量△m,或者△E时,我们就根本没法控制光子逃出的时间T!
广义相对论本是爱因斯坦的独门绝技,玻尔这一招“以彼之道,还施彼身”不但封挡住了爱因斯坦那雷霆万钧的一击,更把这诸般招数都回加到了他自己身上。虽说是殚精竭虑最后想出此法,但招数精奇,才气横溢,教人击节叹服,大开眼界。觉得见证两大纵世奇才出全力相拚,实在不虚此行。
现在轮到爱因斯坦自己说不出话来了。难道量子论当真天命所归,严格的因果性当真已经迟迟老去,不再属于这个叛逆的新时代?玻尔是最坚决的革命派,他的思想闳廓深远,穷幽极渺,却又如大江奔流,浩浩荡荡,翻腾不息。物理学的未来只有靠量子,这个古怪却又强大的精灵去开拓。新世界不再有因果性,不再有实在性,可能让人觉得不太安全,但它却是那样胸怀博大,气派磅礴,到处都有珍贵的宝藏和激动人心的秘密等待着人们去发掘。狄拉克后来有一次说,自海森堡取得突破以来,理论物理进入了前所未有的黄金年代,任何一个二流的学生都可能在其中作出一流的发现。是的,人们应当毫不畏惧地走进这样一个生机勃勃的,充满了艰险、挑战和无上光荣的新时代中来,把过时的因果性做成一个纪念物,装饰在泛黄的老照片上去回味旧日的似水年华。
革命!前进!玻尔在大会上又开始显得精神抖擞,豪气万丈。爱因斯坦的这个光箱实验非但没能击倒量子论,反而成了它最好的证明,给它的光辉又添上了浓重的一笔。现在没什么好怀疑的了,因果性是不存在的,哥本哈根解释如野火一般在人们的思想中蔓延开来。玻尔是这场革命的旗手,他慷慨陈词,就像当年在议会前的罗伯斯庇尔。要是可能的话,他大概真想来上这么一句:
因果性必须死,因为物理学需要生!
停止争论吧,上帝真的掷骰子!随机性是世界的基石,当电子出现在这里时,它是一个随机的过程,并不需要有谁给它加上难以忍受的条条框框。全世界的粒子和波现在都得到了解放,从牛顿和麦克斯韦写好的剧本中挣扎出来,大口地呼吸自由空气。它们和观测者玩捉迷藏,在他们背后融化成概率波弥散开去,神秘地互相渗透和干涉。当观测者回过头去寻找它们,它们又快乐地现出原型,呈现出一个面貌等候在那里。这种游戏不致于过火,因为还有波动方程和不确定原理在起着规则的作用。而统计规律则把微观上的无法无天抹平成为宏观上的井井有条。
爱因斯坦失望地看着这个场面,发展到如此地步实在让他始料不及。没有因果性,一片混乱……恐怕约翰•;米尔顿描绘的那个“群魔殿”(Pandemonium)就是这个样子吧?爱因斯坦对玻尔已经两战两败,他现在知道量子论的根基比想象的要牢固得多。看起来,量子论不太可能是错误的,或者自相矛盾的。
但爱因斯坦也决不会相信它代表了真相。好吧,量子论内部是没有矛盾的,但它并不是一幅“完整”的图像。我们看到的量子论,可能只是管中窥豹,虽然看到了真实的一部分,但仍然有更多的“真实”未能发现。一定有一些其他的因素,它们虽然不为我们所见,但无疑对电子的行为有着影响,从而严格地决定了它们的行为。好比我们在赌场扔骰子赌钱,虽然我们睁大眼睛看明白四周一切,确定没人作弊,但的确可能还有一个暗中的武林高手,凭借一些独门手法比如说吹气来影响骰子的结果。虽然我们水平不行,发现不了这个武林高手的存在,觉得骰子是完全随机的,但事实上不是!它是完全人为的,如果把这个隐藏的高手也考虑进去,它是有严格因果关系的!尽管单单从我们看到的来讲,也没有什么互相矛盾,但一幅“完整”的图像应该包含那个隐藏着的人,这个人是一个“隐变量”!
不管怎么说,因果关系不能抛弃!爱因斯坦的信念到此时几乎变成一种信仰了,他已决定终生为经典理论而战,这不知算是科学的悲剧还是收获。一方面,那个大无畏的领路人,那个激情无限的开拓者永远地从历史上消失了。亚伯拉罕•;帕斯(Abraham Pais)在《爱因斯坦曾住在这里》一书中说,就算1925年后,爱因斯坦改行钓鱼以度过余生,这对科学来说也没什么损失。但另一方面,爱因斯坦对量子论的批评和诘问也确实使它时时三省吾身,冷静地审视和思考自己存在的意义,并不断地在斗争中完善自己。大概可算一种反面的激励吧?
反正他不久又要提出一个新的实验,作为对量子论的进一步考验。可怜的玻尔得第三次接招了。
*********饭后闲话:海森堡和德国原子弹计划(三)
玩味一下海森堡的声明是很有意思的:讨厌纳粹和希特勒,但忠实地执行对祖国的义务,作为国家机器的一部分来履行爱国的职责。这听起来的确像一幅典型的德国式场景。服从,这是德国文化的一部分,在英语世界的人们看来,对付一个邪恶的政权,符合道德的方式是不与之合作甚至摧毁它,但对海森堡等人来说,符合道德的方式是服从它——正如他以后所说的那样,虽然纳粹占领全欧洲不是什么好事,但对一个德国人来说,也许要好过被别人占领,一战后那种惨痛的景象已经不堪回首。
原子弹,对于海森堡来说,是“本质上”邪恶的,不管它是为希特勒服务,还是为别的什么人服务。战后在西方科学家中有一种对海森堡的普遍憎恶情绪。当海森堡后来访问洛斯阿拉莫斯时,那里的科学家拒绝同其握手,因为他是“为希特勒制造原子弹的人”。这在海森堡看来是天大的委屈,他不敢相信,那些“实际制造了原子弹的人”竟然拒绝与他握手!也许在他心中,盟军的科学家比自己更加应该在道德上加以谴责。但显然在后者看来,只有为希特勒制造原子弹才是邪恶,如果以消灭希特勒和法西斯为目的而研究这种武器,那是非常正义和道德的。
这种道德观的差异普遍存在于双方阵营之中。魏扎克曾经激动地说:“历史将见证,是美国人和英国人造出了一颗炸弹,而同时德国人——在希特勒政权下的德国人——只发展了铀引擎动力的和平研究。”这在一个美国人看来,恐怕要喷饭。
何况在许多人看来,这种声明纯粹是马后炮。要是德国人真的造得出来原子弹,恐怕伦敦已经从地球上消失了,也不会罗里罗嗦地讲这一大通风凉话。不错,海森堡肯定在1940年就意识到铀炸弹是可能的,但这不表明他确切地知道到底怎么去制造啊!海森堡在1942年意识到以德国的环境来说分离铀235十分困难,但这不表明他确切地知道到底要分离“多少”铀235啊!事实上,许多证据表明,海森堡非常错误地估计了工程量,为了维持链式反应,必须至少要有一个最小量的铀235才行,这个质量叫做“临界质量”(criticalmass),海森堡——不管他是真的算错还是假装不知——在1942年认为至少需要几吨的铀235才能造出原子弹!事实上,只要几十千克就可以了。
诚然,即使只分离这么一点点铀235也是非常困难的。美国动用了15000人,投资超过20亿美元才完成整个曼哈顿计划。而德国整个只有100多人在搞这事,总资金不过百万马克左右,这简直是笑话。但这都不是关键,关键是,海森堡到底知不知道准确的数字?如果他的确有一个准确数字的概念,那么虽然这德国来说仍然是困难的,但至少不是那样的遥不可及,难以克服。英国也同样困难,但他们知道准确的临界质量数字,于是仍然上马了原子弹计划。
海森堡争辩说,他对此非常清楚,他引用了许多证据说明在与斯佩尔会面前他的确知道准确的数字。可惜他的证据全都模糊不清,无法确定。德国的报告上的确说一个炸弹可能需要10-100千克,海森堡也描绘过一个“菠萝”大小的炸弹,这被许多人看作证明。然而这些全都是指钚炸弹,而不是铀235炸弹。这些数字不是证明出来的,而是猜测的,德国根本没有反应堆来大量生产钚。德国科学家们在许多时候都流露出这样的印象,铀炸弹至少需要几吨的铀235。
不过当然你也可以从反方面去理解,海森堡故意隐瞒了数字,只有天知地知他一个人知。他一手造成夸大了的假相。
至于反应堆,其实石墨也可以做很好的减速剂,美国人就是用的石墨。可是当时海森堡委派波特去做实验,他的结果错了好几倍,显示石墨不适合用在反应堆中,于是德国人只好在重水这一棵树上吊死。这又是一个悬案,海森堡把责任推到波特身上,说他用的石墨不纯,因此导致了整个计划失败。波特是非常有名的实验物理学家,后来也得了诺贝尔奖,这个黑锅如何肯背。他给海森堡写信,暗示说石墨是纯的,而且和理论相符合!如果说实验错了,那还不如说理论错了,理论可是海森堡负责的。在最初的声明中海森堡被迫撤回了对波特的指责,但在以后的岁月中,他,魏扎克,沃兹等人仍然不断地把波特拉进来顶罪。目前看来,德国人当年无论是理论还是实验上都错了。
对这一公案的争论逐渐激烈起来,最有影响的几本著作有:Robert Jungk的《比一千个太阳更明亮》(Brighter Than a Thousand Sunds,1956),此书赞扬了德国科学家那高尚的道义,在战时不忘人类公德,虽然洞察原子弹的奥秘,却不打开这潘多拉盒子。1967年David Irving出版了《德国原子弹计划》(The German Atomic Bomb),此时德国当年的秘密武器报告已经得见天日,给作品带来了丰富的资料。Irving虽然不认为德国科学家有吹嘘的那样高尚的品德,但他仍然相信当年德国人是清楚原子弹技术的。然后是MargaretGowing那本关于英国核计划的历史,里面考证说德国人当年在一些基本问题上错得离谱,这让海森堡本人非常恼火。他说:“(这本书)大错特错,每一句都是错的,完全是胡说八道。”他随后出版了著名的自传《物理和物理之外》(Physics and Beyond),自然再次地强调了德国人的道德和科学水平。凡是当年和此事有点关系的人都纷纷发表评论意见,众说纷纭,有如聚讼,谁也没法说服对方。
1989年,杨振宁在上海交大演讲的时候还说:“……很好的海森堡传记至今还没写出,而已有的传记对这件事是语焉不详的……这是一段非常复杂的历史,我相信将来有人会写出重要的有关海森堡的传记。”
幸运的是,从那时起到今天,事情总算是如其所愿,有了根本性的变化。
四爱因斯坦没有出席1933年第七届索尔维会议,他被纳粹德国逼得离开家乡,流落异国,忧郁地思索着欧洲那悲惨的未来。另一方面,这届索尔维会议的议题也早就不是量子论本身,而换成了另一个激动人心的话题:爆炸般发展的原子物理。不过这个领域里的成就当然也是在量子论的基础上取得的,而量子力学的基本形式已经确定下来,成为物理学的基础。似乎是尘埃落定,没什么人再怀疑它的力量和正确性了。在人们的一片乐观情绪中,爱因斯坦和薛定谔等寥寥几人愈加显得孤独起来。薛定谔和德布罗意参加了1933年索尔维会议,却都没有发言,也许是他们对这一领域不太熟悉的缘故吧。新新人类们在激动地探讨物质的产生和湮灭、正电子、重水、中子……那样多的新发现让人眼花缭乱,根本忙不过来。而爱因斯坦他们现在还能做什么呢?难道他们的思想真的已经如此过时,以致跟不上新时代那飞一般的步伐了吗?1933年9月25日,埃仑费斯特在荷兰莱登枪杀了他那患有智力障碍的儿子,然后自杀了。他在留给爱因斯坦,玻尔等好友的信中说:“这几年我越来越难以理解物理学的飞速发展,我努力尝试,却更为绝望和撕心裂肺,我终于决定放弃一切。我的生活令人极度厌倦……我仅仅是为了孩子们的经济来源而活着,这使我感到罪恶。我试过别的方法但是收效甚微,因此我越来越多地去考虑自杀的种种细节,除此之外我没有第二条路走了……原谅我吧。”在爱因斯坦看来,埃仑费斯特的悲剧无疑是一个时代的悲剧。两代物理学家的思想猛烈冲突和撞击,在一个天翻地覆的飘摇乱世,带给整个物理学以强烈的阵痛。埃仑费斯特虽然从理智上支持玻尔,但当一个文化衰落之时,曾经为此文化所感之人必感到强烈的痛苦。昔日黄金时代的黯淡老去,代以雨后春笋般兴起的新思潮,从量子到量子场论,原子中各种新粒子层出不穷,稀奇古怪的概念统治整个世界。爱因斯坦的心中何曾没有埃仑费斯特那样难以名状的巨大忧伤?爱因斯坦远远地,孤独地站在鸿沟的另一边,看着年轻人们义无反顾地高唱着向远方进军,每一个人都对他说他站错了地方。这种感觉是那样奇怪,似乎世界都显得朦胧而不真实。难怪曾经有人叹息说,宁愿早死几年,也不愿看到现代物理这样一幅令人难以接受的画面。不过,爱因斯坦却仍然没有倒下,虽然他身在异乡,他的第二个妻子又重病缠身,不久将与他生离死别,可?
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