南宋,襄阳大战,东邪黄药师排了一个“二十八宿大阵”,分五行方位,各有一员主将:中央郭靖,南方一灯大师,北方黄蓉,东方黄药师,西方周伯通,与蒙古国师金轮法王大战,杨过与小龙女赶到,大破蒙古兵。这一战,集中了当时天下武功最高的大高手。
这是金庸小说《神雕侠侣》中的情节。
2012年6月26日,比尔·盖茨、沃伦·巴菲特等美国12富豪,在纽约合影,他们合计身价1260亿美元,这是一张“最富照片”。
历史上最牛的一张照片,是1927年拍的,集中了当时天下最最聪明的大高手。世上绝无第二张照片,能如此在一幅画面内,集中如此多、水平如此高的人类精英。
有人说,这29个人的平均智商在150以上。这些脑袋集中在一起,就像将世界上的核弹搬到一起一样。
百年来,就是他们,将这个世界,将世人的生活,哗啦啦翻了个个儿。
此照一出,天下豪杰莫不拜服。
如此聪明绝顶的照片
古往今来只可能存在一张
照片中是哪些牛人?
坐在中间的那个,是搞出原子弹的主将;唯一的女人,她找到了探测石油资源和治疗癌症的“居里疗法”需要的镭。不错,就是爱因斯坦和居里夫人,中小学课本上那传说中神一般的人物。
不计其数的科幻作家,做了他们脑袋的寄生虫。刘慈欣小说《球状闪电》中的那只猫,就是照片上后排左起第六个人搞出来的。
这29人中,有17个物理学盟主(见图)——拿了诺贝尔物理学奖。居里夫人曾两次当上盟主。全世界只有9个国家出过的盟主,总数超过17。
有评论说,就是这些人获奖,诺奖才有今天的权威地位。
当年拍这张照片之时,这伙人,在吵一场出名的架,这是物理学历史上最赫赫有名的一场比武。
12个没当盟主的,也个个是身怀绝技的一流高手。举三个例子:
爱因斯坦左边的朗之万,是居里的学生,居里夫人晚年的绯闻男友,他的研究成果密密麻麻,还在1931年到中国支持抗日,呼吁中国物理界团结,促成了中国物理学会成立,并成为学会第一个名誉会员。
后排最左,奥古斯特·皮卡尔德,瑞士人。这个物理学家还上天入海,世上第一个搭热气球升到16165米高空的同温层,坐潜艇深入3050米海底,如此做研究。他的儿子和孙子,爱好跟他一个样。
后排左起第三人,叫埃伦费斯特,爱因斯坦、玻尔的密友,是两人争吵时的和事佬,不过他和事失败。他的贡献也像和事佬,发明渐浸原理,给经典物理学和量子物理学搭了座桥。他后来自杀了,但他开始研究的热力学和经济过程之间的类比关系,在他的学生延伯根手上夺得了1969年诺贝尔经济学奖。
1930年的,没找到大胡子主席,他已经去世了
1933年,乱头发的那个没来
■量子奇侠主要人物表
老一辈两大绝世高手
和一只风流倜傥的老猫
金庸“射雕三部曲”中的华山论剑,三十年一次;物理学界的华山论剑,三年一次,它的正式名字叫做“索尔维会议”。
最惊心动魄的论剑,是物理学界的两大绝世高手临阵交锋,一个是阿尔伯特·爱因斯坦,一个是丹麦人玻尔。
上世纪初,物理学大爆炸时代。
人类看到一个新事物,总要给出一个解释才安心。那时,X光、电磁波之类种种发现,前辈大师牛顿的经典物理学抵挡不住了,必须有新的武功。
新功夫的第一个招式,是德国物理学家马克斯·普朗克创立的。此人音乐天赋过人,他的大学物理教授约利就劝他别学物理了:“这门科学已研究透了,你只能给人补补边角。”普朗克没同意。
1900年,普朗克42岁,在12月14日提出能量量子化的假说和“普朗克常数”。从此世界上有了量子物理学。
这一年,阿尔伯特·爱因斯坦21岁,大学刚毕业,加入了瑞士籍,找不到工作。
这一年,尼尔斯·玻尔15岁,还在足球场上混,后来是丹麦出名的守门员。
1905年,玻尔读大学了,26岁的爱因斯坦爆发了,连发6篇论文,提出了“光量子(光子)”,将普朗克的理论狠狠向前推了一步;提出了“相对论”,开宗立派。
量子力学和相对论,是20世纪两大惊天地泣鬼神的武学。
当时,比利时有个叫欧内斯特·索尔维的工业化学家。诺贝尔出钱设了奖金,索尔维出钱,给科学界的高手在布鲁塞尔开会论剑。
爱因斯坦参加了1911年的第一次论剑,当时庞加莱、居里夫人如日中天,爱因斯坦才32岁,照片上站在角落。这一年,玻尔拿到博士学位。
1913年,轮到28岁的玻尔爆发,连发三篇论文,搞定著名的“玻尔模型”。英美大学请他,提供两倍收入,但他写信回绝道:“我立志尽力帮助丹麦发展自己的物理学研究工作。”他在丹麦哥本哈根大学创立了门派。
爱因斯坦发表了广义相对论,还给激光理论奠了基,获得1921年诺贝尔物理学奖。玻尔听说爱因斯坦获诺奖,松了一口气。他害怕自己获奖早,那就太对不起了。
正如爱因斯坦提出“光子”假说时,玻尔很怀疑,玻尔提出他的模型,爱因斯坦也有些怀疑。
在玻尔模型下,现实世界无法描述,但爱因斯坦容忍了。两人1920年在柏林首次见面,没有吵架,分歧暂时隐藏了起来,方向是不同了。
1922年玻尔获了诺奖,报道说:“授予著名足球运动员尼尔斯·玻尔诺贝尔奖。”
奥地利的“猫”埃尔温·薛定谔,1900年是13岁的中学生。“薛定谔的猫”现在非常出名,他后来在柏林大学接替了普朗克。
薛定谔风流倜傥,有无数的女朋友,写过很多情诗。他有一本日记,给每个女朋友和每次幽会,详细地归档编码。
与爱因斯坦和玻尔相比,他成名时已老,38岁——爱情给他灵感,他圣诞节与一个女友幽会,哗一声打通任督二脉,5个月连出6篇论文。
玻尔门下,不弱于人
20多岁的哥本哈根三剑客
玻尔,海森堡和泡利
少年子弟江湖老。那时物理学界天才辈出,奇思妙想层出不穷,普朗克的量子论很快陈旧,年轻一代横空出世。玻尔的哥本哈根学派,门下有海森堡、泡利、狄拉克等一批“玻门学士”,个个是顶尖高手,一起成为量子力学的创始人。
天才的刻薄鬼泡利
德国人维尔纳·海森堡,1901年出生。1920年在慕尼黑大学教授、他的大师父索墨菲门下,遇到了天才刻薄的师兄,奥地利胖子沃尔夫冈·泡利,一见面就滔滔不绝地讲物理学。
泡利1900年4月出生,25岁发表了不相容原理,大意是原子中不能容纳运动状态完全相同的电子。
泡利家境富裕,脑袋绝对是最聪明的,中学毕业直接到索墨菲门下读研,给德国《数学科学百科全书》撰文介绍相对论,一写就写了250页,连爱因斯坦看了也很开心:“任何一个人看到这样成熟和富于想象力的著作,都不能相信作者只是个21岁的学生。”
有人评他像《笑傲江湖》中的任我行那样,一生只佩服三个半人,老师索墨菲,他一辈子毕恭毕敬;还有玻尔和爱因斯坦,半个是师弟海森堡。
他评某人论文:不是有什么错,而是连错也算不上。谁的论文如果得到他“没什么错”一句嘲讽,当真是荣于华衮,像《飞狐外传》中钟氏三雄得到苗人凤“并非卑鄙小人”之评,会感激坏了。
泡利的传奇简直说不完。他根本不在乎获得成果的是谁,只要成果出现,他就开心。他每次来信,哥们就争着传阅,因为他刻薄的批评是如此准确深刻,如此重要。大家怕他,珍爱他。
他1945年获诺贝尔奖。如果他不是少写点信,多写点论文,也许他名下的成就会大得多。后人深深替他可惜。
一生最重要的一次散步
1922年,玻尔已名满天下,他受邀在德国哥廷根大学做了七场报告,第三场报告结束,一个傻小子站了起来,语惊四座:“我不同意您的观点!”
玻尔说:“会后交流,如何?”
会后他们一起去散步。海森堡后来说:“我真正的科学生涯是从这次散步开始的。”玻尔是他的三师父。
1925年6月,海森堡花粉过敏,去北海小岛度假,爬山,读诗,听音乐,也许还画画,这是他喜欢的。一个凌晨,他灵光一闪,想到扔掉玻尔模型中电子轨道的概念。
他写成论文交给二师父玻恩,这就是他的矩阵力学(大致意思也许是,你弄不懂电子怎么移动,也没法子观察)。年底,他和玻恩、约当3人合作了一篇论文,矩阵力学正式出世了。
泡利拿氢原子能谱证实了这个理论。
全新的量子力学诞生,物理学界风云色变,纷纷探究出了个什么怪物。
他和牛顿一样牛
海森堡受邀赴各地讲学,在剑桥大学,一个瘦高深目的博士生的提问,也许让他想起了3年前玻尔报告会上的自己。
这人是保罗·狄拉克,比海森堡小半岁。
狄拉克家庭不幸,父母总吵架,哥哥自杀。所以他一直很沉默,除了数学,只爱看连环画和米老鼠电影。
1923年,他得到剑桥大学奖学金,需要5英镑路费,爸爸给了他。多年后爸爸去世,他才知道,这笔钱其实是当地一个教育机构给的,他爸爸存下7500英镑,却没给他钱。
狄拉克将相对论引入薛定谔的理论,创立了狄拉克方程,1933年获诺贝尔奖。他去接受诺奖时,和妈妈安静地坐在候车室,月台上一帮大人物站成一溜,焦急寻找他的踪迹,他一点不知道。
后来他写了一本《量子力学原理》,有人说它是“量子力学的圣经”。人们认为,玻尔门下,他最出色。人们还认为,英国理论物理学的大高手,牛顿之后,就数他了。
■剑宗、气宗与万流归宗
量子力学的上乘武功是怎样炼成的
遭遇薛大叔,好失落
海森堡搞出矩阵力学,春风得意。此时,花花公子薛定谔突然杀将出来,从海森堡身上,夺走了物理学界那些热辣辣的目光。
薛大叔带着他的一个女朋友,跑到阿尔卑斯山的赫维格别墅度假,在那里弄出了一个“波动方程”。
这个方程极其简单,拿氢原子能谱验证,结果却与复杂的矩阵力学一样。海小哥的武功招式繁复,薛大叔平平一招蕴含无穷内力,物理学界一见大喜,将薛大叔当成了量子力学之父,差不多忘掉了沮丧失落的海森堡。
玻尔怒了。
他将薛定谔请到哥本哈根,日日夜夜争吵。争论是很累的,20年前,真理在握的“原子论”科学家玻尔兹曼,与人持续论战,耗尽精力自杀身亡。
可怜的薛定谔也被搞得精疲力竭,病倒在床发着高烧。玻尔依然不放过他,追到床前继续吵架。当然谁也说服不了谁。
狄拉克到1928年算出,薛大叔和海小哥各自创立的功夫是等价的,都是上乘武学!
可见,简单才是王道啊。
这场争吵中涉及波与粒之争,源头可以追溯到300年前的争吵。
17世纪,英国人牛顿说,光是粒子。荷兰人惠更斯说,光是波。牛顿威望高,力学功夫精湛,大获全胜。直到19世纪初,英国出了个托马斯·扬,又开始宣扬光是波,经过乱战,这次波胜利了。
爱因斯坦的“光子”说救回了粒子,大家开始想着又波又粒,只是一时还不大习惯吧。于是,海森堡搞“剑宗”,脑子里粒子多,薛定谔搞“气宗”,波动方程。
测不准原理,有古怪!
1927年,玻尔这一派在完善量子力学的武功套路。海森堡提出了“测不准原理(准确译法叫不确定原理:粒子的位置和它的动量,不可能同时确定——他脑子中想象出一个显微镜,看到了粒子)”。
据说可以这样解释:探测一个乒乓球,微小的光子上去,乒乓球如此大,不会动,可以“测准”;探测一个微小的电子,光子一碰上去,电子就飞得不知去向了,所以你“测不准”。
这个“测不准”,首先在哥派内闯了祸。
海森堡马上写信给泡利和玻尔,告诉这个绝妙的想法,一心等着大声喝采。不料玻尔从挪威回来,当头一瓢冷水:你这测不准,是粒子的测不准,还是波的测不准?他记起了去年和薛定谔的争论吧。
“当然是粒子。”
“不对,也有波!”
“没有波!”
“你的破显微镜去死吧!”
海森堡气得流泪,两人差点决裂。泡利赶紧跑到丹麦劝架。泡利师兄是好兄弟,说话又刻毒,海森堡只好不吵了。
海森堡的观点是天才的,但玻尔是对的。
师徒这次吵架,将“测不准”炒熟了。上次留了个破绽,被薛大叔搞得很狼狈,这次破绽补上了:电子又是粒子又是波!
双剑合璧,天下无敌
又粒又波!真过分。光波粒二象,电子也波粒二象,全世界剑宗和气宗合并了?
还有更过分的,法国人德布罗意的“物质波”假说,认为“一切物质”的粒子和光一样,都具有波粒二象性。有两个美国人更过分,戴维森和革末,1927年还做实验证实了“物质波”假说。
就是这样——波、粒同一时刻是互斥的,但它们在更高层次上统一。这就是玻尔的“互补原理”。玻尔的原话可如此译成中文:
“一些经典概念的应用不可避免的排除另一些经典概念的应用,而这‘另一些经典概念’在另一条件下又是描述现象不可或缺的;必须而且只需将所有这些既互斥又互补的概念汇集在一起,才能而且定能形成对现象的详尽无遗的描述。”
稀里哗啦,说的是什么呀?
武功高手出招,内行看门道,我们外行,只能看热闹:
一个乒乓球飞过来,你正着看,它是一个乒乓球,你侧面看,它是一道飞行线路。
你可以画一个乒乓球,也可以画一道飞行线路,但你没法同时画出一个乒乓球和它的飞行线路——你只画这一个,就不能是一串,你画出一串,就不是一个。
这是互斥性。
可你又不能说没有乒乓球,也不能说没有飞行线路,将正面看到的乒乓球,和侧面看到的飞线路,合并起来,那就是飞行的乒乓球了。
这就是互补性。
因为互斥性,你不可能同时正面看又侧面看(波动性与粒子性不会在同一次测量中出现);因为互补性,正面看到的加上侧面看到的,才是完整的。
——只好这样勉强地类比一下了,虽然也很“剑宗”。
1927年9月,当时几乎所有物理学大师,到意大利科莫开了个大会。玻尔的演讲阐述了“互补原理”,虽然当时他的思想还没有最终完成。
“测不准”是物质的,“互补”是哲学的。它们构成量子力学“哥本哈根诠释”的两套最重要的剑法。量子力学大功告成。这算是简精易懂的了,不再怕薛大叔再横插一刀。
不过科莫大会上的其他门派高手,听着玻尔那些车轱辘话,心想,不就是老话头换了种说法而已吗?
爱因斯坦、薛定谔和狄拉克没有到科莫,大会缺了一半。
■那一场惊才绝艳的吵架
热身赛:有理说理,有仇报仇
又到华山论剑时。
1927年10月下旬,第五届索尔维会议,三大门派纷纷上台比赛:实验派、哥本哈根派及它的大对头。
老实的实验派先遭到了一顿乱攻,退出场外。
法国人德布罗意上台,祭出一个“导波”理论,将“粒子”塞进“波”里。
泡利长身而起,施展毒舌功,叽哩呱啦一通。德布罗意当场弃械投降,宣布放弃他的理论。
薛大叔看不过了,跳起来替法国人接下场子。
海森堡仇人相见分外眼红,直奔大叔。他的二师父玻恩也赶来助拳,四拳合击薛定谔的“电子云”理论。
薛定谔也挡不住,不得不承认自己的计算有点问题。不过,你们谈论电子轨道,也是瞎说。他反攻一拳。
玻恩立掌挡住:“你才瞎说呢,我们一点没瞎说!”
爱因斯坦沉得住气,一直没动。
爱因斯坦划了一道线
玻尔演讲了他的“互补原理”。
爱因斯坦动了,他忽然说:“不好意思,我没深入研究,不过我有些一般性看法。”
他在黑板上画了一道留着小孔的线,一个电子通过小孔,落在哪里?
咦,这不是小孔成像原理吗?不稀奇,两千多年前的墨子就阐释过了。
但爱因斯坦这一拳,是打向“测不准”的。他相信物理世界有着严格的因果律,你这里打个喷嚏,搅动气流,气流搅动云层,于是千里之外下了场雨,事情总有个来龙去脉是吧。
“老头子不掷骰子。”爱因斯坦说。老头子是他对上帝的称呼。
“讨论很快变成爱因斯坦和玻尔之间的决斗。”海森堡几十年后回忆说。
玻尔傻了一会儿,想出了破法,也画了几根线:电子怎么走呢,搞不清楚了吧?
爱因斯坦看了一会儿,使出一招,又画一个口子:电子走哪个口子,这下可以弄明白了吧?
玻尔说:“不过,爱先生,你画第二个口子时,怎么没加画衍射现象?”
爱因斯坦大惊失色。
这一战打到天黑,爱因斯坦变招迭出,也没拿下玻尔,他说:“明天吧,明天。”
玻尔心里一紧。他招架爱因斯坦浑厚内力的攻击,已经体力透支,明天这老头又会想出什么怪招?一夜睡不着。
决斗的姿势
洪七公斗欧阳锋
玻恩不希望爱因斯坦站在对立面,他叹息说:“我们失去了我们的领袖。”
荷兰人埃伦费斯特想劝大家别吵了:“爱因斯坦,我为你脸红!你和那些徒劳地想推翻相对论的人一样了。”
海森堡回忆说,那几天,早餐桌上,爱因斯坦说出一个巧妙的“思想实验”,玻尔就傻掉,与海森堡、泡利研究对策,午餐时与哥派其他人讨论,到晚餐桌上,玻尔已想出了如何化解。爱因斯坦反驳不了,憋在心里,第二天再发招。
“爱因斯坦像一个弹簧玩偶,每天早上带着新主意弹出盒子,玻尔从云雾缭绕的哲学中找到工具,把对方所有论据一一碾碎。”埃伦费斯特写信告诉他的弟子们。
金庸《神雕侠侣》中,华山绝顶的数日比斗,北丐洪七公出一招打狗棒法,西毒欧阳锋抱半天脑袋,想出破法。当时情况也是这样。
那些日子让人心旌荡摇、神驰目眩,世上最聪明的几个脑袋,像无量山石壁上的神仙比剑,每一招都出人意料,见了又不得不佩服:非此招不能用也。
打架详情主要靠猜了,当事者有一些回忆,但没有详细记录,这就像《世说新语》的记载:两人辩难,妙语不断,旁观者欢喜赞叹,但那些妙语没记下,失传了。
人们一般比较关心谁赢了。大多数人认为,爱因斯坦输了一招。
海森堡在家信中说:“这结果我非常满意,玻尔和我的观点被广泛接受了,至少没人提得出严格的反驳,即使爱因斯坦和薛定谔也不行。”
那一剑的风情,让玻尔脸如死灰
爱因斯坦哪肯认输?3年后重上华山论剑,他拿来了大杀器:
假如有一个盒子,上开一个小孔,装一个小门,盒子里有几个光子。如果倏地开一次小门,能放出一个光子飞到远处板上,盒子轻了一点点,理想的秤可以称出来,根据相对论质能方程E=mc2,可以精确算出,这个质量差就是放跑的光子的能量。根据计时装置,同时又可准确确定光子的发射和达到的时间。
结论:可同时测出时间和重量,“不可测”错了,你们整个新量子理论错了。
玻尔一见,脸如死灰,呆若木鸡,张口结舌。
这一招挟着雄厚内力,还包含爱因斯坦成名绝技相对论,呼呼作响。玻尔挡无可挡,避无可避,闭目待死。
玻尔的比利时弟子罗森菲尔德追忆说:
“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。但他想不出任何反驳来。”
最刺心的是掌门人玻尔的狼狈模样:
“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。”
玻尔差不多倒下了。可是——物理学,就完蛋了?
惊艳一枪,刹那间斗转星移
第二天早上,玻尔喜气洋洋地来了,他说:
好吧,一个光子放出来了,盒子轻了一点点,盒子上的弹簧秤缩了一点点。这一缩,根据广义相对论,时钟的快慢也改变了。你看到了重量,却搞不清楚时间了不是?如果要搞清时间,就要排除引力场,这样,怎么搞得清重量?
结论:“测不准”没错,你不能同时测出时间和重量。
爱因斯坦傻掉了。要不是他内力精深,一口血就吐出来了。
偷了我的独门绝学广义相对论来反击!他千算万算算漏了这一着,飞出一个光子盒,却被玻尔反拨回来,击中了自个儿:帮助玻尔证明了量子力学没有逻辑缺陷。
这是姑苏慕容的“斗转星移”神功“以彼之道还施彼身”啊,虽然取巧,却能致胜。
两大绝顶高手的第二次交手,爱因斯坦承认他又输了一招。论内力,爱因斯坦天下第一,论招术,却是玻尔当世无敌。
“你真的相信,老头子掷骰子吗?”
“我们不能告诉上帝该怎么做!”玻尔反击。
爱因斯坦以武林中至高无上的身份,做了个陪练,他苦苦相逼,将量子力学理论锻得更加精纯。没有如此威猛的紧逼,量子力学也许无法如此快圆熟。
他们斗得狠,友谊却在。1928年,就在第一次爱玻大战的第二年,爱因斯坦提议海森堡和他的二师父玻恩几个为诺贝尔奖候选人。
那只该死的,薛定谔的猫
爱因斯坦与玻尔交手至死,还没正式分出胜负。
但发出最恐怖一击的,又是他,风流的薛定谔薛大叔。论怪招,他才是天下第一。
欧文·薛定谔
他弄了一头怪物,1935年从他的论文《量子力学的现状》的第五节中放出,张开血盆大口,咬向玻尔。这头怪物是猫,名叫“薛定谔的猫”:
一个恶魔般的装置:一个密闭的盒子里,有一只猫和一瓶剧毒氢化酸,还有放射性物质,一小时衰变放出一个中子,也可能不衰变。若放出中子,一番搅动,会触动机关打开瓶子,猫就中毒而死。
按哥派理论:没去观察时,粒子状态模糊,在已衰变和没衰变的叠加态。
但你一小时后打开盒子,情况必确定了:猫死了,或者,猫活着。
问题:打开盒子前,猫是死是活?还是半死半活?猫是叠加态,又死又活吗?
这是什么诡异状态?你有常识没?我思故我在,变成我思故它在,也太霸道了吧?
这只猫将玻尔的哥派狠狠咬了一口,没法还手。就连后来的大高手斯蒂芬·霍金,也见了头疼,恨不得一枪毙了它:“当我听说薛定谔的猫,我就跑去拿枪。”
直到1957年,有个美国人休·埃弗雷特才算勉强挡了这只猫一招:
他搞出一个“多世界诠释”,就是现在科幻小说和影视剧中常见的“平行宇宙”:在这个宇宙,猫死了,在另一个宇宙,猫活着……两者都真实。
如此神魔?
但英国学者约翰·格利宾在《寻找薛定谔的猫》一书中说,多世界诠释优点多,可以代替哥本哈根诠释。美国宇宙学家马克斯·特格马克2008年说,如果你相信量子力学是对的,那你就应该相信多世界。
真让人抓狂!
战场于是转移到新的时空,这些不同的时空中,对手互相找不着人。
猫论文还搞出了一个“量子纠缠”。2012年诺贝尔物理学奖得主,法国人塞尔日·阿罗什和美国人戴维·瓦恩兰的研究,就是关于“量子纠缠”的。
橙柿互动记者 钟松君
来源: 都市快报
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