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量子物理史话:上帝投掷骰子吗 第二章 乌云(9)

作者:hcl
我们再回过头来看看物理史上的伟大理论:牛顿的体系闪耀着神圣不可侵犯的光辉,从诞生的那刻起便有着一种天上地下唯我独尊的气魄16。麦克斯韦的方程组简洁深刻,倾倒众生,被誉为上帝谱写的诗歌。爱因斯坦的相对论虽然是平民出身,但骨子里却继承着经典体系的贵族优雅气质,它的光芒稍经发掘后便立即照亮了整个时代。这些理论,虽然也曾有磨难,但它们最后的成功都是近乎压倒性的,天命所归,不可抗拒。而伟人们的个人天才和魅力,则更加为其抹上了高贵而骄傲的色彩。但量子论却不同,量子论的成长史,更像是一部艰难的探索史,其中的每一步,都充满了陷阱、荆棘和迷雾。量子的诞生伴随着巨大的阵痛,它的命运注定了将要起伏而多舛,甚至一直到今天,它还在与反对者们不懈地搏斗。量子论的思想是如此反叛和躁动,以至于它与生俱来地有着一种对抗权贵的平民风格;而它显示出来的潜在力量又是如此地巨大而近乎无法控制,这一切使得所有的人都对它怀有深深的惧意。 而在这些怀有戒心的人们中间,最有讽刺意味的就要算量子的创始人:普朗克自己了。作为一个老派的传统物理学家,普朗克的思想是保守的。虽然在那个决定命运的1900年,他鼓起了最大的勇气做出了量子的革命性假设,但随后他便为这个离经叛道的思想而深深困扰。在黑体问题上,普朗克孤注一掷想要得到一个积极的结果,但最后导出的能量不连续性的图象却使得他大为吃惊和犹豫,变得畏缩不前起来。 如果能量是量子化的,那么麦克斯韦的理论便首当其冲站在应当受置疑的地位,这在普朗克看来是不可思议,不可想象的。事实上,普朗克从来不把这当做一个问题,在他看来,量子的假设并不是一个物理真实,而纯粹是一个为了方便而引入的假设而已。普朗克压根也没有想到,自己的理论在历史上将会有着多么大的意义,当后来的一系列事件把这个意义逐渐揭露给他看时,他简直都不敢相信自己的眼睛,并为此惶恐不安。有人戏称,普朗克就像是童话里的那个渔夫,他亲手把魔鬼从封印的瓶子里放了出来,自己却反而被这个魔鬼吓了个半死。 有十几年的时间,量子被自己的创造者所抛弃,不得不流浪四方。普朗克不断地告诫人们,在引用普朗克常数h的时候,要尽量小心谨慎,不到万不得已千万不要胡思乱想。这个思想,一直要到1915年,当玻尔的模型取得了空前的成功后,才在普朗克的脑海中扭转过来。量子论就像神话中的英雄海格力斯(Hercules),一出生就被抛弃在荒野里,命运更为他安排了重重枷锁。他的所有荣耀,都要靠自己那非凡的力量和一系列艰难的斗争来争取。作为普朗克本人来说,他从一个革命的创始者而最终走到了时代的反面,没能在这段振奋人心的历史中起到更多的积极作用,这无疑是十分遗憾的。在他去世前出版的《科学自传》中,普朗克曾回忆过他那企图调和量子论与经典理论的徒劳努力,并承认量子的意义要比那时他所能想象的重要得多。 不过,我们并不能因此而否认普朗克对量子论所做出的伟大而决定性的贡献。有一些观点可能会认为普朗克只是凭借了一个巧合般的猜测,一种胡乱的拼凑,一个纯粹的运气才发现了他的黑体方程,进而假设了量子的理论。他只是一个幸运儿,碰巧猜到了那个正确的答案而已,而这个答案究竟意味着什么,这个答案的内在价值却不是他能够回答和挖掘的。但是,几乎所有关于普朗克的传记和研究都会告诉我们,虽然普朗克的公式在很大程度上是经验主义的,可一切证据都表明,他已经充分地对这个答案做好了准备。1900年,普朗克在黑体研究方面已经浸淫了6年,做好了理论上突破的一切准备工作。其实在当时,他自己已经很清楚,经典的电磁理论已经无法解释实验结果,而必须引入热力学解释。这样一来,辐射能量的不连续性就势必成为一个不可避免的推论。这个概念其实早已在他的脑海中成形,虽然可能普朗克本人没有清楚地意识到这一点,或者不肯承认这一点,但这个思想在他的潜意识中其实已经相当成熟,呼之欲出了。正因为如此,他才能在导出方程后的短短时间里,以最敏锐的直觉指出蕴含在其中的那个无价的假设。普朗克以一种那个时代非常难得的开创性态度来对待黑体的难题,他为后来的人打开了一扇通往全新未知世界的大门。无论从哪个角度来看,这样的伟大工作,其意义都是不能低估的。 而普朗克的保守态度也并不是偶然的。实在是量子的思想太惊人,太过于革命。从量子论的成长历史来看,有着这样一个怪圈:科学巨人们参予了推动它的工作,却终于因为不能接受它惊世骇俗的解释而纷纷站到了保守的一方去。在这个名单上,除了普朗克,更有闪闪发光的瑞利、汤姆逊、爱因斯坦、德布罗意,乃至薛定谔。这些不仅是物理史上最伟大的名字,好多更是量子论本身的开创者和关键人物。量子就在同它自身创建者的斗争中成长起来,每一步都迈得艰难而痛苦不堪。我们会在以后的章节中,详细地去观察这些激烈的思想冲击和观念碰撞。不过,正是这样的磨砺,才使得一部量子史话显得如此波澜壮阔,激动人心,也使得量子论本身更加显出它的不朽光辉来。量子论不像牛顿力学或者爱因斯坦相对论,它的身上没有天才的个人标签,相反,整整一代精英共同促成了它的光荣。

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