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第八章 论战

一

意大利北部的科莫市(Como)是一个美丽的小城，北临风景胜地科莫湖，与米兰相去不远。它市中心 那几座着名的教堂洋溢着哥特式风格以及文艺复兴时代的气息，折射出这个国家那悠远的历史和文 化沉淀。这个小城也有一支足球队--科莫队，在上个赛季(2002-2003)还打入了甲级联赛，可惜现在 又降级了。一度报道说，它对中国球员吴承瑛有兴趣，想来对球迷不算陌生。

 不过，科莫市最着名的人物，当然还是1745年出生于此的大科学家，亚里山德罗·伏打 (Alessandro Volta)。他在电学方面的成就如此伟大，以致人们用他的名字来作为电压的单位：伏 特(volt)。伏打于1827年9月去世，被他的家乡视为永远的光荣和骄傲。他出世的地方被命名为伏打 广场，他的雕像自1839年起耸立于此。他的名字被用来命名教堂和科莫湖畔的灯塔，他的光辉照耀 这个城镇，给它带来世界性的声名。

 斗转星移，眨眼间已是1927，科学巨人已离开我们整整100周年。一向安静宁谧的科莫忽然又 热闹起来，新时代的科学大师们又聚集于此，在纪念先人的同时探讨物理学的最新进展。科莫会议 邀请了当时几乎所有的最杰出的物理学家，洵为盛会。赴会者包括玻尔、海森堡、普朗克、泡利、 波恩、洛伦兹、德布罗意、费米、克莱默、劳厄、康普顿、魏格纳、索末菲、德拜、冯诺依曼(当然 严格说来此人是数学家)……遗憾的是，爱因斯坦和薛定谔都别有要务，未能出席。这两位哥本哈根 派主要敌手的缺席使得论战的火花向后推迟了几个月。同样没能赶到科莫的还有狄拉克和玻色。其 中玻色的case颇为离奇：大会本来是邀请了他的，但是邀请信发给了 “加尔各答大学物理系的玻色教 授”。显然这封信是寄给着名的S.N.玻色，也就是发现了玻色-爱因斯坦统计的那个玻色，他和爱因 斯坦还预测了有名的玻色-爱因斯坦凝聚现象。2001年，3位分别来自美国和德国的科学家因为以实

验证实了这一现象而获得诺贝尔物理学奖。

不过在1927年，玻色早就离开了加尔各答去了达卡大学。但无巧不成书，加尔各答还有一个D.M. 玻色。阴差阳错之下，这个名不见经传的 “玻色”就参加了众星云集的科莫会议，也算是饭后的一大谈 资吧。

 在准备科莫会议讲稿的过程中，互补原理的思想进一步在玻尔脑中成型。他决定在这个会议上 把这一大胆的思想披露出来。在准备讲稿的同时，他还给Nature杂志写短文以介绍这个发现，事情 太多而时间仓促，最后搞得他手忙脚乱。在出发前的一刹那，他竟然找不到他的护照--这耽误了几 个小时的火车。

 但是，不管怎么样，玻尔最后还是完成那长达8页的讲稿，并在大会上成功地作了发言。这个 演讲名为《量子公设和原子论的最近发展》，在其中玻尔第一次描述了波-粒的二象性，用互补原理 详尽地阐明我们对待原子尺度世界的态度。他强调了观测的重要性，声称完全独立和绝对的测量是 不存在的。当然互补原理本身在这个时候还没有完全定型，一直要到后来的索尔维会议它才算最终 完成，不过这一思想现在已经引起了人们的注意。

 波恩赞扬了玻尔 “中肯”的观点，同时又强调了量子论的不确定性。他特别举了波函数 “坍缩”的 例子，来说明这一点。这种 “坍缩”显然引起了冯诺伊曼的兴趣，他以后会证明关于它的一些有趣的性 质。海森堡和克莱默等人也都作了评论。

 当然我们也要指出的是，许多不属于 “哥本哈根派 ”的人物，对玻尔等人的想法和工作一点都不 熟悉，这种互补原理对他们来说令人迷惑不解。许多人都以为这不过是一种文字游戏，是对大家都 了解的情况 “换一种说法 ”罢了。正如罗森菲尔德(Rosenfeld)后来在访谈节目中评论的： “这个互补原 理只是对各人所清楚的情况的一种说明……科莫会议并没有明确论据，关于概念的定义要到后来才 作出。”尤金?魏格纳(Eugene Wigner)总结道： “……(大家都觉得，玻尔的演讲)没能改变任何人关于 量子论的理解方式。 ”

 但科莫会议的历史作用仍然不容低估，互补原理第一次公开亮相，标志着哥本哈根解释迈出了 关键的一步。不久出版了玻尔的讲稿，内容已经有所改进，距离这个解释的最终成熟只差最后一步 了。

 在哥本哈根派聚集力量的同时，他们的反对派也开始为最后的决战做好准备。对于爱因斯坦来 说，一个没有严格因果律的物理世界是不可想象的。物理规律应该统治一切，物理学应该简单明确： A导致了B，B导致了C，C导致了D。每一个事件都有来龙去脉，原因结果，而不依赖于什么 “随机性”。 至于抛弃客观实在，更是不可思议的事情。这些思想从他当年对待玻尔的电子跃迁的看法中，已经 初露端倪。1924年他在写给波恩的信中坚称： “我决不愿意被迫放弃严格的因果性，并将对其进行强 有力的辩护。我觉得完全不能容忍这样的想法，即认为电子受到辐射的照射，不仅它的跃迁时刻， 而且它的跃迁方向，都由它自己的 ‘自由意志'来选择。 ”

 旧量子论已经让爱因斯坦无法认同，那么更加 “疯狂”的新量子论就更使他忍无可忍了。虽然爱 因斯坦本人曾经提出了光量子假设，在量子论的发展历程中作出过不可磨灭的贡献，但现在他却完 全转向了这个新生理论的对立面。爱因斯坦坚信，量子论的基础大有毛病，从中必能挑出点刺来， 迫使人们回到一个严格的，富有因果性的理论中来。玻尔后来回忆说： “爱因斯坦最善于不抛弃连续 性和因果性来标示表面上矛盾着的经验，他比别人更不愿意放弃这些概念。 ”

 两大巨头未能在科莫会议上碰面，然而低头不见抬头见，命运已经在冥冥中安排好了这样的相 遇不可避免。仅仅一个多月后，另一个历史性的时刻就到来了，第五届索尔维会议在比利时布鲁塞 尔召开。这一次，各路冤家对头终于聚首一堂，就量子论的问题作一个大决战。从黄金年代走来的

老人，在革命浪潮中成长起来的反叛青年，经典体系的庄严守护者，新时代的冒险家，这次终于都 要作一个最终了断。世纪大辩论的序幕即将拉开，像一场熊熊的大火燃烧不已，而量子论也将在这 大火中接受最严苛的洗礼，锻烧出更加璀璨的光芒来。

 布鲁塞尔见。

********* 饭后闲话：海森堡和德国原子弹计划(一)

 如果说玻尔-爱因斯坦之争是二十世纪科学史上最有名的辩论，那么海森堡在二战中的角色恐 怕就是二十世纪科学史上最大的谜题。不知多少历史学家为此费尽口水，牵涉到数不清的跨国界的 争论。甚至到现在，还有人不断地提出异议。我打算在这一章的饭后闲话里专门地来谈一谈这个话 题，这件事说来话长，可能要用掉一整章，我们还是废话少说，这就开始吧。

 纳粹德国为什么没能造出原子弹？战后几乎人人都在问这个问题。是政策上的原因？理论上的 原因？技术上的原因？资源上的原因？或是道德上的原因？不错，美国造出了原子弹，他们有奥本 海默，有费米，有劳伦斯、贝特、西伯格、魏格纳、查德威克、佩尔斯、弗里西、塞格雷，后来又 有了玻尔，以致像费因曼这样的小字辈根本就不起眼，而洛斯阿拉莫斯也被称作 “诺贝尔得奖者的集 中营”。但德国一点也不差。是的，希特勒的犹太政策赶走了国内几乎一半的精英，纳粹上台的第一 年，就有大约2600名学者离开了德国，四分之一的物理学家从德国的大学辞职而去，到战争前夕已 经有40%的大学教授失去了职位。是的，整个轴心国流失了多达27名诺贝尔获奖者，其中甚至包括爱 因斯坦、薛定谔、费米、波恩、泡利、德拜这样最杰出的人物，这个数字还不算间接损失的如玻尔 之类。但德国凭其惊人的实力仍保有对抗全世界的能力。

 战争甫一爆发，德国就展开了原子弹的研究计划。那时是1939年，全世界只有德国一家在进行 这样一个原子能的军事应用项目。德国占领着世界上最大的铀矿(在捷克斯洛伐克)，德国有世界上 最强大的化学工业，他们仍然拥有世界上最好的科学家，原子的裂变现象就是两个德国人--奥托·哈 恩(Otto Hahn)和弗里兹·斯特拉斯曼(Fritz Strassmann)在前一年发现的，这两人都还在德国，哈 恩以后会因此发现获得诺贝尔化学奖。当然不止这两人，德国还有劳厄(1914年诺贝尔物理)、波特 (Bothe，1954诺贝尔物理)、盖革(盖革计数器的发明者，他进行了 α散射实验)、魏扎克(Karl von Weizsacker)、巴格(ErichBagge)、迪布纳(Kurt Diebner)、格拉赫(Walther Gerlach)、沃兹(KarlWirtz)……当然，他们还有定海神针海森堡，这位20世纪最伟大的物理学家之一。所有的这些科学 家都参与了希特勒的原子弹计划，成为 “铀俱乐部 ”的成员之一，海森堡是这个计划的总负责人。

 然而，德国并没能造出原子弹，它甚至连门都没有入。从1942年起，德国似乎已经放弃整个原 子弹计划，而改为研究制造一个能提供能源的原子核反应堆。主要原因是因为1942年6月，海森堡向 军备部长斯佩尔(AlbertSpeer)报告说，铀计划因为技术原因在短时间内难以产出任何实际的结果， 在战争期间造出原子弹是不大可能的。但他同时也使斯佩尔相信，德国的研究仍处在领先的地位。 斯佩尔将这一情况报告希特勒，当时由于整个战场情况的紧迫，德国的研究计划被迫采取一种急功 近利的方略，也就是不能在短时间，确切地说是六周内见效的计划都被暂时放在一边。希特勒和斯 佩尔达成一致意见：对原子弹不必花太大力气，不过既然在这方面仍然 “领先”，也不妨继续拨款研究 下去。当时海森堡申请附加的预算只有寥寥35万帝国马克，有它无它都影响不大。

这个计划在被高层放任了近2年后，终于到1944年又为希姆莱所注意到。他下令大力拨款，推 动原子弹计划的前进，并建了几个新的铀工厂。计划确实有所进展，不过到了那时，全德国的工业 早已被盟军的轰炸破坏得体无完肤，难以进一步支撑下去。而且为时也未免太晚，不久德国就投降 了。

 1942年的报告是怎么一回事？海森堡在其中扮演了一个什么样的角色？这答案扑朔迷离，历史

学家们各执一词，要不是新证据的逐一披露，恐怕人们至今仍然在云里雾中。这就是科学史上有名 的“海森堡之谜 ”。

二

 索尔维会议是由一位比利时的实业家Ernest Solvay创立的，并以他的名字命名。第一届索尔 维会议于1911年在布鲁塞尔召开，后来虽然一度被第一次世界大战所打断，但从1921年开始又重新 恢复，定期3年举行一届。到了1927年，这已经是第五届索尔维会议了，也许，这也将是最着名的一 次索尔维会议。

 这次会议弥补了科莫的遗憾，爱因斯坦，薛定谔等人都如约而至。目前流传得最广 的那张 “物理学全明星梦之队 ”的照片，就是这次会议的合影。当然世事无完美，硬要挑点缺陷，那就 是索末菲和约尔当不在其中，不过我们要求不能太高了，人生不如意者还是十有八九的。 4附图: 牛人.jpg (72259 字节)

 这次会议从10月24日到29日，为期6天。主题是 “电子和光子 ”(我们还记得， “光子-photon”是个 新名词，它刚刚在1926年由美国人刘易斯所提出)，会议议程如下：首先劳伦斯?布拉格作关于X射线 的实验报告，然后康普顿报告康普顿实验以及其和经典电磁理论的不一致。接下来，德布罗意作量 子新力学的演讲，主要是关于粒子的德布罗意波。随后波恩和海森堡介绍量子力学的矩阵理论，而 薛定谔介绍波动力学。最后，玻尔在科莫演讲的基础上再次做那个关于量子公设和原子新理论的报 告，进一步总结互补原理，给量子论打下整个哲学基础。这个议程本身简直就是量子论的一部微缩 史，从中可以明显地分成三派：只关心实验结果的实验派：布拉格和康普顿；哥本哈根派：玻尔、 波恩和海森堡；还有哥本哈根派的死敌：德布罗意，薛定谔，以及坐在台下的爱因斯坦。

 会议的气氛从一开始便是火热的，像拳王争霸赛一样，重头戏到来之前先有一系列的垫赛：大 家先就康普顿的实验做了探讨，然后各人分成了泾渭分明的阵营，互相炮轰。德布罗意一马当先做 了发言，他试图把粒子融合到波的图像里去，提出了一种 “导波”(pivot wave)的理论，认为粒子是波 动方程的一个奇点，它必须受波的控制和引导。泡利站起来狠狠地批评这个理论，他首先不能容忍 历史车轮倒转，回到一种传统图像中，然后他引了一系列实验结果来反驳德布罗意。众所周知，泡 利是世界第一狙击手，谁要是被他盯上了多半是没有好下场的，德布罗意最后不得不公开声明放弃 他的观点。幸好薛定谔大举来援，不过他还是坚持一个非常传统的解释，这连盟军德布罗意也觉得 不大满意，泡利早就嘲笑薛定谔为 “幼稚”。波恩和海森堡躲在哥本哈根掩体后面对其开火，他们在报 告最后说： “我们主张，量子力学是一种完备的理论，它的基本物理假说和数学假设是不能进一步修 改的。 ”他们也集中火力猛烈攻击了薛定谔的 “电子云”，后者认为电子的确在空间中实际地如波般扩 散开去。海森堡评论说： “我从薛定谔的计算中看不到任何东西可以证明事实如同他所希望的那样。 ” 薛定谔承认他的计算确实还不太令人满意，不过他依然坚持，谈论电子的轨道是 “胡扯”(应该是波本 征态的叠加)，波恩回敬道： “不，一点都不是胡扯。 ”在一片硝烟中，会议的组织者，老资格的洛伦 兹也发表了一些保守的观点，and so on and so on……

爱因斯坦一开始按兵不动，保持着可怕的沉默，不过当波恩提到他的名字后，他终于忍不住出击了。 他提出了一个模型：一个电子通过一个小孔得到衍射图像。爱因斯坦指出，目前存在着两种观点， 第一是说这里没有 “一个电子”，只有 “一团电子云 ”，它是一个空间中的实在，为德布罗意-薛定谔波 所描述。第二是说的确有一个电子，而 ψ是它的 “几率分布”，电子本身不扩散到空中，而是它的几率 波。爱因斯坦承认，观点II是比观点I更加完备的，因为它整个包含了观点I。尽管如此，爱因斯坦 仍然说，他不得不反对观点II。因为这种随机性表明，同一个过程会产生许多不同的结果，而且这 样一来，感应屏上的许多区域就要同时对电子的观测作出反应，这似乎暗示了一种超距作用，从而 违背相对论。

 风云变幻，龙虎交济，现在两大阵营的幕后主将终于都走到台前，开始进行一场决定命运的单 挑。可惜的是，玻尔等人的原始讨论记录没有官方资料保存下来，对当时情景的重建主要依靠几位 当事人的回忆。这其中有玻尔本人1949年为庆祝爱因斯坦70岁生日而应邀撰写的《就原子物理学中 的认识论问题与爱因斯坦进行的商榷》长文，有海森堡、德布罗意和埃仑菲斯特的回忆和信件等等。 当时那一场激战，讨论的问题中有我们已经描述过的那个电子在双缝前的困境：如何选择它的路径 以及快速地关闭/打开一条狭缝对电子产生的影响。还有许许多多别的思维实验。埃仑费斯特在写给 他那些留守在莱登的弟子们(乌仑贝特和古德施密特等)的信中描述说：爱因斯坦像一个弹簧玩偶， 每天早上都带着新的主意从盒子里弹出来，而玻尔则从云雾缭绕的哲学中找到工具，把对方所有的 论据都一一碾碎。

 海森堡1967年的回忆则说：

“讨论很快就变成了一场爱因斯坦和玻尔之间的决斗：当时的原子理论在多大程度上可以看成 是讨论了几十年的那些困难的最终答案呢？我们一般在旅馆用早餐时就见面了，于是爱因斯坦就描 绘一个思维实验，他认为从中可以清楚地看出哥本哈根解释的内部矛盾。然后爱因斯坦，玻尔和我 便一起走去会场，我就可以现场聆听这两个哲学态度迥异的人的讨论，我自己也常常在数学表达结 构方面插几句话。在会议中间，尤其是会间休息的时候，我们这些年轻人--大多数是我和泡利--就 试着分析爱因斯坦的实验，而在吃午饭的时候讨论又在玻尔和别的来自哥本哈根的人之间进行。一 般来说玻尔在傍晚的时候就对这些理想实验完全心中有数了，他会在晚餐时把它们分析给爱因斯坦 听。爱因斯坦对这些分析提不出反驳，但在心里他是不服气的。 ”

 爱因斯坦当然是不服气的，他如此虔诚地信仰因果律，以致决不能相信哥本哈根那种愤世嫉俗 的概率解释。玻尔回忆说，爱因斯坦有一次嘲弄般地问他，难道他真的相信上帝的力量要依靠掷骰 子(ob der liebe Gott würfelt)？

 上帝不掷骰子！这已经不是爱因斯坦第一次说这话了。早在1926年写给波恩的信里，他就说： “量子力学令人印象深刻，但是一种内在的声音告诉我它并不是真实的。这个理论产生了许多好的结 果，可它并没有使我们更接近 ‘老头子'的奥秘。我毫无保留地相信， ‘老头子'是不掷骰子的。 ”

“老头子 ”是爱因斯坦对上帝的昵称。

 然而，1927年这场华山论剑，爱因斯坦终究输了一招。并非剑术不精，实乃内力不足。面对浩 浩荡荡的历史潮流，他顽强地逆流而上，结果被冲刷得站立不稳，苦苦支撑。1927年，量子革命的 大爆发已经进入第三年，到了一个收官的阶段。当年种下的种子如今开花结果，革命的思潮已经席 卷整个物理界，毫无保留地指明了未来的方向。越来越多的人终究领悟到了哥本哈根解释的核心奥 义，并诚心皈依，都投在量子门下。爱因斯坦非但没能说服玻尔，反而常常被反驳得说不出话来， 而且他这个 “反动”态度引得了许多人扼腕叹息。遥想当年，1905，爱因斯坦横空出世，一年之内六次 出手，每一役都打得天摇地动，惊世骇俗，独自创下了一番轰轰烈烈的事业。当时少年意气，睥睨 群雄，扬鞭策马，笑傲江湖，这一幅传奇画面在多少人心目中留下了永恒的神往！可是，当年那个 最反叛，最革命，最不拘礼法，最蔑视权威的爱因斯坦，如今竟然站在新生量子论的对立面！

 波恩哀叹说： “我们失去了我们的领袖。 ”

 埃伦费斯特气得对爱因斯坦说： “爱因斯坦，我为你感到脸红！你把自己放到了和那些徒劳地 想推翻相对论的人一样的位置上了。 ”

 爱因斯坦这一仗输得狼狈，玻尔看上去沉默驽钝，可是重剑无锋，大巧不工，在他一生中几乎 没有输过哪一场认真的辩论。哥本哈根派和它对量子论的解释大获全胜，海森堡在写给家里的信中 说：“我对结果感到非常满意，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。 ”多年后他又总结道： “刚开始(持有这种观点的)主要是玻尔，泡利和我，大 概也只有我们三个，不过它很快就扩散开去了。 ”

 但是爱因斯坦不是那种容易被打败的人，他逆风而立，一头乱发掩不住眼中的坚决。他身后还 站着两位，一个是德布罗意，一个是薛定谔。三人吴带凌风，衣袂飘飘，在量子时代到来的曙光中， 大有长铗寒瑟，易水萧萧，誓与经典理论共存亡的悲壮气慨。

 时光荏苒，一弹指又是三年，各方俊杰又重聚布鲁塞尔，会面于第六届索尔维会议。三年前那 一战已成往事，这第二次华山论剑，又不知谁胜谁负？

********* 饭后闲话：海森堡和德国原子弹计划(二)

 1944年，盟军在诺曼底登陆，形成两面夹攻之势。到1945年4月，纳粹德国大势已去，欧洲战 场战斗的结束已经近在眼前。摆在美国人面前的任务现在是尽可能地搜罗德国残存的科学家和设备 仪器，不让他们落到别的国家手里(苏联不用说，法国也不行)。和苏联人比赛看谁先攻占柏林是无 望的了，他们转向南方，并很快俘获了德国铀计划的科学家们，缴获了大部分资料和设备。不过那 时候海森堡已经提前离开逃回厄菲尔德(Urfeld)的家中，这个地方当时还在德国人手里，但为了得 到海森堡这个 “第一目标”，盟军派出一支小分队，于5月3日，也就是希特勒夫妇自杀后的第四天，到 海森堡家中抓住了他。这位科学家倒是表现得颇有风度，他礼貌地介绍自己的妻子和孩子们，并问 那些美国大兵，他们觉得德国的风景如何。到了5月7日，德国便投降了。

 10位德国最有名的科学家被秘密送往英国，关在剑桥附近的一幢称为 “农园堂 ”(Farm Hall)的房 子里。他们并不知道这房子里面装满了窃听器，他们在此的谈话全部被录了音并记录下来，我们在 后面会谈到这些关键性的记录。8月6日晚上，广岛原子弹爆炸的消息传来，这让每一个人都惊得目 瞪口呆。关于当时的详细情景，我们也会在以后讲到。

 战争结束后，这些科学家都被释放了。但现在不管是专家还是公众，都对德国为什么没能造出 原子弹大感兴趣。以德国科学家那一贯的骄傲，承认自己技不如人是绝对无法接受的。还在监禁期 间，广岛之后的第三天，海森堡等人便起草了一份备忘录，声称：1.原子裂变现象是德国人哈恩和 斯特拉斯曼在1938年发现的。2.只有到战争爆发后，德国才成立了相关的研究小组。但是从当时的 德国来看并无可能造出一颗原子弹，因为即使技术上存在着可能性，仍然有资源不足的问题，特别 是需要更多的重水。

 返回德国后，海森堡又起草了一份更详细的声明。大致是说，德国小组早就意识到铀235可以 作为反应堆或者炸弹来使用，但是从天然铀中分离出稀少的同位素铀235却是一件极为困难的事情。 (*这里补充一下原子弹的常识：当一个中子轰击容易分裂的铀235原子核时，会使它裂成两半，同时 放出更多的中子去进一步轰击别的原子核。这样就引起一连串的连锁反应，在每次分裂时都放出大 量能量，便是通常说的 “链式反应 ”。但只有铀235是不稳定而容易裂变的，它的同位素铀238则不是， 所以必须提高铀235的浓度才能引发可持续的反应，不然中子就都被铀238吸收了。但天然铀中铀238 占了99%以上，所以要把那一点铀235分离出来，这在当时的技术来说是极困难的。)

 海森堡说，分离出足够的铀235需要大量的资源和人力物力，这项工作在战争期间是难以完成 的。德国科学家也意识到了另一种可能的方法，那就是说，虽然铀238本身不能分裂，但它吸收中子 后会衰变成另一种元素--钚。而这种元素和铀235一样，是可以形成链式反应的。不过无论如何，前 提是要有一个原子反应堆，制造原子的反应堆需要中子减速剂。一种很好的减速剂是重水，但对德 国来说，唯一的重水来源是在挪威的一个工厂，这个工厂被盟军的特遣队多次破坏，不堪使用。

 总而言之，海森堡的潜台词是，德国科学家和盟国科学家在理论和技术上的优势是相同的。但

是因为德国缺乏相应的资源，因此德国人放弃了这一计划。他声称一直到1942年以前，双方的进展 还“基本相同 ”，只不过由于外部因素的影响，德国认为在战争期间没有条件(而不是没有理论能力) 造出原子弹，因此转为反应堆能源的研究。

 海森堡声称，德国的科学家一开始就意识到了原子弹所引发的道德问题，这样一种如此大杀伤 力的武器使他们也意识到对人类所负有的责任。但是对国家(不是纳粹)的义务又使得他们不得不投 入到工作中去。不过他们心怀矛盾，消极怠工，并有意无意地夸大了制造的难度，因此在1942年使 得高层相信原子弹并没有实际意义。再加上外部环境的恶化使得实际制造成为不可能，这让德国科 学家松了一口气，因为他们不必像悲剧中的安提戈涅，亲自来作出这个道德上两难的决定了。

 这样一来，德国人的科学优势得以保持，同时又扞卫了一种道德地位。两全其美。

 这种说法惹火了古德施密特，他战时是曼哈顿计划的重要领导人，本来也是海森堡的好朋友。 他认为说德国人和盟国一样地清楚原子弹的技术原理和关键参数是胡说八道。1942年海森堡报告说 难以短期制造出原子弹，那是因为德国人算错了参数，他们真的相信不可能造出它，而不是什么虚 与委蛇，更没有什么消极。古德施密特地位特殊，手里掌握着许多资料，包括德国自己的秘密报告， 他很快写出一本书叫做ALSOS，主要是介绍曼哈顿计划的过程，但同时也汇报德国方面的情况。海森 堡怎肯苟同，两人在Nature杂志和报纸上公开辩论，断断续续地打了好多年笔仗，最后私下讲和， 不了了之。

 双方各有支持者。《纽约时报》的通讯记者Kaempffert为海森堡辩护，说了一句引起轩然大波 的话： “说谎者得不了诺贝尔奖！ ”言下之意自然是说古德施密特说谎。这滋味对于后者肯定不好受， 大家知道古德施密特是电子自旋的发现者之一，以如此伟大发现而终究未获诺贝尔奖，很多人是鸣 不平的。ALSOS的出版人舒曼(Schuman)当真写信给爱因斯坦，问 “诺贝尔得奖者真的不说谎？ ”爱因斯 坦只好回信说： “说谎是得不了诺贝尔的，但也不能排除有些幸运者会在压力下在特定的场合可能说 谎。”

 爱因斯坦大概想起了勒纳德和斯塔克，两位货真价实的诺贝尔得主，为了狂热的纳粹信仰而疯 狂攻击他和相对论，这情景犹然在眼前呢。

三

 花开花落，黄叶飘零，又是秋风季节，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开了。玻尔来到会场时 心中惴惴，看爱因斯坦表情似笑非笑，吃不准他三年间练成了什么新招，不知到了一个什么境界。 不过玻尔倒也不是太过担心，量子论的兴起已经是板上钉钉的事实，现在整个体系早就站稳脚跟， 枝繁叶茂地生长起来。爱因斯坦再厉害，凭一人之力也难以撼动它的根基。玻尔当年的弟子们，海 森堡，泡利等，如今也都是独当一面的大宗师了，哥本哈根派名震整个物理界，玻尔自信吃不了大 亏。

 爱因斯坦则在盘算另一件事：量子论方兴未艾，当其之强，要打败它的确太难了。可是难道因 果律和经典理论就这么完了不成？不可能，量子论一定是错的！嗯，想来想去，要破量子论，只有 釜底抽薪，击溃它的基础才行。爱因斯坦凭着和玻尔交手的经验知道，在细节问题上是争不出个什 么所以然的，量子论就像神话中那个九头怪蛇海德拉(Hydra)，你砍掉它一个头马上会再生一个出来。 必须得瞄准最关键的那一个头才行，这个头就是其精髓所在--不确定性原理！

 爱因斯坦站起来发话了：

 想象一个箱子，上面有一个小孔，并有一道可以控制其开闭的快门，箱子里面有若干个光子。 好，假设快门可以控制得足够好，它每次打开的时间是如此之短，以致于每次只允许一个光子从箱 子里飞到外面。因为时间极短，△t是足够小的。那么现在箱子里少了一个光子，它轻了那么一点点， 这可以用一个理想的称测量出来。假如轻了△m吧，那么就是说飞出去的光子重m，根据相对论的质 能方程E=mc^2，可以精确地算出减少的能量△E。

那么，△E和△t都很确定，海森堡的公式△E×△t > h/2 π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 ”(critical mass)，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，最有影响的几本着作有：RobertJungk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Margaret Gowing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。 ”他随后出版了着名的自传《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，可这一切都不能使爱因斯坦放 弃内心那个坚强的信仰，那个对于坚固的因果关系，对于一个宇宙和谐秩序的痴痴信仰。爱因斯坦 仍然选择战斗，他的身影在斜阳下拉得那样长，似乎是勇敢的老战士为一个消逝的王国做最后的悲 壮抗争。

 这一次他争取到了两个同盟军，他们分别是他的两个同事波多尔斯基(Boris Podolsky)和罗森 (Nathan Rosen)。1935年3月，三人共同在《物理评论》(Physics Review)杂志上发表了一篇论文， 名字叫《量子力学对物理实在的描述可能是完备的吗？》，再一次对量子论的基础发起攻击。当然 他们改变策略，不再说量子论是自相矛盾，或者错误的，而改说它是 “不完备”的。具体来说，三人争 辩量子论的那种对于观察和波函数的解释是不对的。

 我们用一个稍稍简化了的实验来描述他们的主要论据。我们已经知道，量子论认为在我们没有 观察之前，一个粒子的状态是不确定的，它的波函数弥散开来，代表它的概率。但当我们探测以后， 波函数坍缩，粒子随机地取一个确定值出现在我们面前。

 现在让我们想象一个大粒子，它是不稳定的，很快就会衰变成两个小粒子，向相反的两个方向 飞开去。我们假设这种粒子有两种可能的自旋，分别叫 “左”和“右”，那么如果粒子A的自旋为 “左”，粒 子B的自旋便一定是 “右”，以保持总体守恒，反之亦然。

 好，现在大粒子分裂了，两个小粒子相对飞了出去。但是要记住，在我们没有观察其中任何一 个之前，它们的状态都是不确定的，只有一个波函数可以描绘它们。只要我们不去探测，每个粒子 的自旋便都处在一种左/右可能性叠加的混合状态，为了方便我们假定两种概率对半分，各50%。

 现在我们观察粒子A，于是它的波函数一瞬间坍缩了，随机地选择了一种状态，比如说是 “左” 旋。但是因为我们知道两个粒子总体要守恒，那么现在粒子B肯定就是 “右”旋了。问题是，在这之前， 粒子A和粒子B之间可能已经相隔非常遥远的距离，比如说几万光年好了。它们怎么能够做到及时地 互相通信，使得在粒子A坍缩成左的一刹那，粒子B毅然坍缩成右呢？

 量子论的概率解释告诉我们，粒子A选择 “左”，那是一个完全随机的决定，两个粒子并没有事先 商量好，说粒子A一定会选择左。事实上，这种选择是它被观测的那一刹那才做出的，并没有先兆。 关键在于，当A随机地作出一个选择时，远在天边的B便一定要根据它的决定而作出相应的坍缩，变 成与A不同的状态以保持总体守恒。那么，B是如何得知这一遥远的信息的呢？难道有超过光速的信 号来回于它们之间？

 假设有两个观察者在宇宙的两端守株待兔，在某个时刻t，他们同时进行了观测。一个观测A， 另一个同时观测B，那么，这两个粒子会不会因为距离过于遥远，一时无法对上口径而在仓促间做出 手忙脚乱的选择，比如两个同时变成了 “左”，或者 “右”？显然是不太可能的，不然就违反了守恒定律， 那么是什么让它们之间保持着心有灵犀的默契，当你是 “左”的时候，我一定是 “右”？

 爱因斯坦等人认为，既然不可能有超过光速的信号传播，那么说粒子A和B在观测前是 “不确定 的幽灵 ”显然是难以自圆其说的。唯一的可能是两个粒子从分离的一刹那开始，其状态已经确定了， 后来人们的观测只不过是得到了这种状态的信息而已，就像经典世界中所描绘的那样。粒子在观测 时才变成真实的说法显然违背了相对论的原理，它其中涉及到瞬间传播的信号。这个诘难以三位发 起者的首字母命名，称为 “EPR佯谬 ”。

 玻尔在得到这个消息后大吃一惊，他马上放下手头的其他工作，来全神贯注地对付爱因斯坦的 这次挑战。这套潜心演练的新阵法看起来气势汹汹，宏大堂皇，颇能夺人心魄，但玻尔也算是爱因 斯坦的老对手了。他睡了一觉后，马上发现了其中的破绽所在，原来这看上去让人眼花缭乱的一次 攻击却是个完完全全的虚招，并无实质力量。玻尔不禁得意地唱起一支小调，调侃了波多尔斯基一 下。

 原来爱因斯坦和玻尔根本没有个共同的基础。在爱因斯坦的潜意识里，一直有个经典的 “实在” 影像。他不言而喻地假定，EPR实验中的两个粒子在观察之前，分别都有个 “客观”的自旋状态存在，

就算是概率混合吧，但粒子客观地存在于那里。但玻尔的意思是，在观测之前，没有一个什么粒子 的“自旋”！那时候自旋的粒子是不存在的，不是客观实在的一部分，这不能用经典语言来表达，只有 波函数可以描述。因此在观察之前，两个粒子--无论相隔多远都好--仍然是一个互相关联的整体！ 它们仍然必须被看作母粒子分裂时的一个全部，直到观察以前，这两个独立的粒子都是不存在的， 更谈不上客观的自旋状态！

 这是爱因斯坦和玻尔思想基础的尖锐冲突，玻尔认为，当没有观测的时候，不存在一个客观独 立的世界。所谓 “实在”只有和观测手段连起来讲才有意义。在观测之前，并没有 “两个粒子 ”，而只有 “一个粒子 ”，直到我们观测了A或者B，两个粒子才变成真实，变成客观独立的存在。但在那以前，它 们仍然是互相联系的一个虚无整体。并不存在什么超光速的信号，两个遥远的粒子只有到观测的时 候才同时出现在宇宙中，它们本是协调的一体，之间无需传递什么信号。其实是这个系统没有实在 性，而不是没有定域性。

 EPR佯谬其实根本不是什么佯谬，它最多表明了，在 “经典实在观 ”看来，量子论是不完备的，这 简直是废话。但是在玻尔那种 “量子实在观 ”看来，它是非常完备和逻辑自洽的。

 既生爱，何生玻。两人的世纪争论进入了尾声。在哲学基础上的不同使得两人间的意见分歧直 到最后也没能调和。一直到死，玻尔也未能使爱因斯坦信服，认为量子论的解释是完备的。而玻尔 本人也一直在同爱因斯坦的思想作斗争，在他1962年去世后的第二天，人们在他的黑板上仍然发现 画有当年爱因斯坦光箱实验的草图。两位科学巨人都为各自的信念而奋斗了毕生，但别的科学家已 经甚少关心这种争执。在量子论的引导下，科学显得如此朝气蓬勃，它的各个分支以火箭般的速度 发展，给人类社会带来了伟大的技术革命。从半导体到核能，从激光到电子显微镜，从集成电路到 分子生物学，量子论把它的光辉播撒到人类社会的每一个角落，成为有史以来在实用中最成功的物 理理论。许多人觉得，争论量子论到底对不对简直太可笑了，只要转过头，看看身边发生的一切， 看看社会的日新月异，目光所及，无不是量子论的最好证明。

 如果说EPR最大的价值所在，那就是它和别的奇想空谈不同。只要稍微改装一下，EPR是可以为 实践所检验的！我们的史话在以后会谈到，人们是如何在实验室里用实践裁决了爱因斯坦和玻尔的 争论，经典实在的概念无可奈何花落去，只留下一个苍凉的背影和深沉的叹息。

 但量子论仍然困扰着我们。它的内在意义是如此扑朔迷离，使得对它的诠释依旧众说纷纭。量 子论取得的成就是无可怀疑的，但人们一直无法确认它的真实面目所在，这争论一直持续到今天。 它将把一些让物理学家们毛骨悚然的概念带入物理中，令人一想来就不禁倒吸一口凉气。而反对派 那里还有一个薛定谔，他要放出一只可怕的怪兽，撕咬人们的理智和神经，这就是叫许多人闻之色 变的“薛定谔的猫 ”。

********* 饭后闲话：海森堡和德国原子弹计划(四)

 海森堡本人于1976年去世了。在他死后两年，英国人Jones出版了《高度机密战争：英国科学 情报部门》(Most Secret War:British Scientific Intelligentce)一书，详细地分析了海森堡当 年在计算时犯下的令人咋舌的错误。但他的分析却没有被Mark Walker所采信，在资料详细的《德国 国家社会主义及核力量的寻求》(German National Socialism and the Quest for Nubclear Power， 1989年出版)中，Walker还是认为海森堡在1942年头脑清楚，知道正确的事实。

 到了1992年，Hofstra大学的戴维·卡西迪(DavidCassidy)出版了着名的海森堡传记《不确定 性：海森堡传》，这至今仍被认为是海森堡的标准传记。他分析了整件事情，并最后站在了古德施 密特等人的立场上，认为海森堡并没有什么主观的愿望去 “摧毁”一个原子弹计划，他当年确实算错了。

 但是很快到了1993年，戏剧性的情况又发生了。Thomas Powers写出了巨着《海森堡的战争》 (Heisenberg's War)。Powers本是记者出身，非常了解如何使得作品具有可读性。因此虽然这本厚 书足有607页，但文字奇巧，读来引人入胜，很快成了畅销作品。Powers言之凿凿地说，海森堡当年 不仅仅是 “消极”地对待原子弹计划，他更是 “积极”地破坏了这个计划的成功实施。他绘声绘色地向人 们描绘了一幕幕阴谋、间谍、计划，后来有人挪揄说，这本书的前半部分简直就是一部间谍小说。 不管怎么样说，这本书在公众中的反响是很大的，海森堡作为一个高尚的，富有机智和正义感的科 学家形象也深入人心，更直接影响了后来的戏剧《哥本哈根》。从以上的描述可以见到，对这件事 的看法在短短几年中产生了多少极端不同的看法，这在科学史上几乎独一无二。

 1992年披露了一件非常重要的史料，那就是海森堡他们当初被囚在Farm Hall的窃听录音抄本。 这个东东长期来是保密的，只能在几个消息灵通者的着作中见到一星半点。1992年这份被称为Farm HallTranscript的文件解密，由加州大学伯克利出版，引起轰动。Powers就借助了这份新资料，写 出了他的着作。

 《海森堡的战争》一书被英国记者兼剧作家Michael Frayn读到，后者为其所深深吸引，不由 产生了一个巧妙的戏剧构思。在 “海森堡之谜 ”的核心，有一幕非常神秘，长期为人们争议不休的场景， 那就是1941年他对玻尔的访问。当时丹麦已被德国占领，纳粹在全欧洲的攻势势如破竹。海森堡那 时意识到了原子弹制造的可能性，他和魏扎克两人急急地假借一个学术会议的名头，跑到哥本哈根 去会见当年的老师玻尔。这次会见的目的和谈话内容一直不为人所知，玻尔本人对此隐讳莫深，绝 口不谈。唯一能够确定的就是当时两人闹得很不愉快，玻尔和海森堡之间原本情若父子，但这次见 面后多年的情义一朝了断，只剩下表面上的客气。发生了什么事？

 有人说，海森堡去警告玻尔让他注意德国的计划。有人说海森堡去试图把玻尔也拉进他们的计 划中来。有人说海森堡想探听盟军在这方面的进展如何。有人说海森堡感到罪孽，要向玻尔这位 “教 皇”请求宽恕……

 Michael Frayn着迷于Powers的说法，海森堡去到哥本哈根向玻尔求证盟军在这方面的进展， 并试图达成协议，双方一起 “破坏”这个可怕的计划。也就是说，任何一方的科学家都不要积极投入到 原子弹这个领域中去，这样大家扯平，人类也可以得救。这几乎是一幕可遇而不可求的戏剧场景， 种种复杂的环境和内心冲突交织在一起，纠缠成千千情结，组成精彩的高潮段落。一方面海森堡有 强烈的爱国热情和服从性，他无法拒绝为德国服务的命令。但海森堡又挣扎于人类的责任感，感受 到科学家的道德情怀。而且他又是那样生怕盟军也造出原子弹，给祖国造成永远的伤痕。海森堡面 对玻尔，那个伟大的老师玻尔，那个他当作父亲一样看待的玻尔，曾经领导梦幻般哥本哈根派的玻 尔，却也是 “敌人”玻尔，视德国为仇敌的玻尔，却又教人如何开口，如何遣词……少年的回忆，物理 上的思索，敬爱的师长，现实的政治，祖国的感情，人类的道德责任，战争年代……这些融在一起 会产生怎样的语言和思绪？还有比这更杰出的戏剧题材吗？

 《哥本哈根》的第一幕中为海森堡安排了如此的台词：

“玻尔，我必须知道(盟军的计划)！我是那个能够作出最后决定的人！如果盟军也在制造炸弹， 我正在为我的祖国作出怎样的选择？……要是一个人认为如果祖国做错了，他就不应该爱她，那是 错误的。德意志是生我养我的地方，是我长大成人的地方，她是我童年时的一张张面孔，是我跌倒 时把我扶起的那双双大手，是鼓起我的勇气支持我前进的那些声音，是和我内心直接对话的那些灵 魂。德国是我孀居的母亲和难缠的兄弟，德国是我的妻子，是我的孩子，我必须知道我正在为她作 出怎样的决定！是又一次的失败？又一场恶梦，如同伴随我成长起来的那个一样的恶梦？玻尔，我 在慕尼黑的童年结束在无政府和内战中，我们的孩子们是不是要再一次挨饿，就像我们当年那样？ 他们是不是要像我那样，在寒冷的冬夜里手脚并用地爬过敌人的封锁线，在黑暗的掩护下于雪地中 匍匐前进，只是为了给家里找来一些食物？他们是不是会像我17岁那年时，整个晚上守着惊恐的犯 人，长夜里不停地和他们说话，因为他们一早就要被处决？ ”

 这样的残酷的两难，造成观众情感上的巨大冲击，展示整个复杂的人性。戏剧本质上便是一连 串的冲突，如此精彩的题材，已经注定了这是一出伟大的戏剧作品。但从历史上来说，这样的美妙 景象却是靠不住的。MichaelFrayn后来说他认为Powers有道理，至少他掌握了以前人们没有的资料， 也就是Farm Hall Transcript，可惜他的这一宝似乎押错了。

五

 即使摆脱了爱因斯坦，量子论也没有多少轻松。关于测量的难题总是困扰着多数物理学家，只 不过他们通常乐得不去想它。不管它有多奇怪，太阳还是每天升起，不是吗？周末仍然有联赛，那 个足球还是硬梆梆的。你的工资不会因为不确定性而有奇妙的增长。考试交白卷而依然拿到学分的 机会仍旧是没有的。你化成一团概率波直接穿过墙壁而走到房子外 面，怎么说呢，不是完全不可能的，但机会是如此之低，以致你数尽了恒河沙，轮回了亿万世，宇 宙入灭而又涅盘了无数回，还是难得见到这种景象。

 确实是这样，电子是个幽灵就让它去好了。只要我们日常所见的那个世界实实在在，这也就不 会增添乐观的世人太多的烦恼。可是薛定谔不这么想，如果世界是建立在幽灵的基础上，谁说世界 本身不就是个幽灵呢？量子论玩的这种瞒天过海的把戏，是别想逃过他的眼睛的。

EPR出台的时候，薛定谔大为高兴，称赞爱因斯坦 “抓住了量子论的小辫子。 ”受此启发，他在1935 年也发表了一篇论文，题为《量子力学的现状》(Die gegenwartige Situation in derQuantenmechanik)，文中的口气非常讽刺。总而言之，是和哥本哈根派誓不两立的了。

 在论文的第5节，薛定谔描述了那个常被视为恶梦的猫实验。好，哥本哈根派说，没有测量之 前，一个粒子的状态模糊不清，处于各种可能性的混合叠加，是吧？比如一个放射性原子，它何时 衰变是完全概率性的。只要没有观察，它便处于衰变/不衰变的叠加状态中，只有确实地测量了，它 才随机选择一种状态而出现。

 好得很，那么让我们把这个原子放在一个不透明的箱子中让它保持这种叠加状态。现在薛定谔 想象了一种结构巧妙的精密装置，每当原子衰变而放出一个中子，它就激发一连串连锁反应，最终 结果是打破箱子里的一个毒气瓶，而同时在箱子里的还有一只可怜的猫。事情很明显：如果原子衰 变了，那么毒气瓶就被打破，猫就被毒死。要是原子没有衰变，那么猫就好好地活着。

 自然的推论：当它们都被锁在箱子里时，因为我们没有观察，所以那个原子处在衰变/不衰变 的叠加状态。因为原子的状态不确定，所以猫的状态也不确定，只有当我们打开箱子察看，事情才 最终定论：要么猫四脚朝天躺在箱子里死掉了，要么它活蹦乱跳地 “喵呜”直叫。问题是，当我们没有 打开箱子之前，这只猫处在什么状态？似乎唯一的可能就是，它和我们的原子一样处在叠加态，这 只猫当时陷于一种死/活的混合。

 现在就不光光是原子是否幽灵的问题了，现在猫也变成了幽灵。一只猫同时又是死的又是活 的？它处在不死不活的叠加态？这未免和常识太过冲突，同时在生物学角度来讲也是奇谈怪论。如 果打开箱子出来一只活猫，那么要是它能说话，它会不会描述那种死/活叠加的奇异感受？恐怕不太 可能。

 薛定谔的实验把量子效应放大到了我们的日常世界，现在量子的奇特性质牵涉到我们的日常生 活了，牵涉到我们心爱的宠物猫究竟是死还是活的问题。这个实验虽然简单，却比EPR要辛辣许多， 这一次扎得哥本哈根派够疼的。他们不得不退一步以咽下这杯苦酒：是的，当我们没有观察的时候， 那只猫的确是又死又活的。

 不仅仅是猫，一切的一切，当我们不去观察的时候，都是处在不确定的叠加状态的，因为世间 万物也都是由服从不确定性原理的原子组成，所以一切都不能免俗。量子派后来有一个被哄传得很 广的论调说： “当我们不观察时，月亮是不存在的 ”。这稍稍偏离了本意，准确来说，因为月亮也是由 不确定的粒子组成的，所以如果我们转过头不去看月亮，那一大堆粒子就开始按照波函数弥散开去。 于是乎，月亮的边缘开始显得模糊而不确定，它逐渐 “融化”，变成概率波扩散到周围的空间里去。当 然这么大一个月亮完全融化成空间中的概率是需要很长很长时间的，不过问题的实质是：要是不观 察月亮，它就从确定的状态变成无数不确定的叠加。不观察它时，一个确定的，客观的月亮是不存 在的。但只要一回头，一轮明月便又高悬空中，似乎什么事也没发生过一样。

 不能不承认，这听起来很有强烈的主观唯心论的味道。虽然它其实和我们通常理解的那种哲学 理论有一定区别，不过讲到这里，许多人大概都会自然而然地想起贝克莱(GeorgeBerkeley)主教的 那句名言： “存在就是被感知 ”(拉丁文：Esse Est Percipi)。这句话要是稍微改一改讲成 “存在就是 被测量 ”，那就和哥本哈根派的意思差不离了。贝克莱在哲学史上的地位无疑是重要的，但人们通常 乐于批判他，我们的哥本哈根派是否比他走得更远呢？好歹贝克莱还认为事物是连续客观地存在的， 因为总有 “上帝”在不停地看着一切。而量子论？ “陛下，我不需要上帝这个假设 ”。

 与贝克莱互相辉映的东方代表大概要算王阳明。他在《传习录·下》中也说过一句有名的话： “你未看此花时，此花与汝同归于寂；你来看此花时，则此花颜色一时明白起来…… ”如果王阳明懂量 子论，他多半会说： “你未观测此花时，此花并未实在地存在，按波函数而归于寂；你来观测此花时， 则此花波函数发生坍缩，它的颜色一时变成明白的实在…… ”测量即是理，测量外无理。

 当然，我们无意把这篇史话变成纯粹的乏味的哲学探讨，经验往往表明，这类空洞的议论最终 会变成毫无意义，让人昏昏欲睡的鸡肋文字。我们还是回到具体的问题上来，当我们不去观察箱子 内的情况的时候，那只猫真的 “又是活的又是死的 ”？

 这的确是一个让人尴尬和难以想象的问题。霍金曾说过： “当我听说薛定谔的猫的时候，我就 跑去拿枪。 ”薛定谔本人在论文里把它描述成一个 “恶魔般的装置 ”(diabolische，英文diabolical， 玩Diablo的人大概能更好地理解它的意思)。我们已经见识到了量子论那种种令人惊异甚至瞠目结舌 的古怪性质，但那只是在我们根本不熟悉也没有太大兴趣了解的微观世界而已，可现在它突然要开 始影响我们周围的一切了？一个人或许能接受电子处在叠加状态的事实，但一旦谈论起宏观的事物 比如我们的猫也处在某种 “叠加”状态，任谁都要感到一点畏首畏尾。不过，对于这个问题，我们现在 已经知道许多，特别是近十年来有着许多杰出的实验来证实它的一些奇特的性质。但我们还是按着 我们史话的步伐，一步步地来探究这个饶有趣味的话题，还是从哥本哈根解释说起吧。

 猫处于死/活的叠加态？人们无法接受这一点，最关键的地方就在于：经验告诉我们这种奇异 的二重状态似乎是不太可能被一个宏观的生物，比如猫或者我们自己，所感受到的。还是那句话： 如果猫能说话，它会描述这种二象性的感觉吗？如果它侥幸幸存，它会不会说： “是的，我当时变成 了一缕概率波，我感到自己弥漫在空间里，一半已经死去了，而另一半还活着。这真是令人飘飘然 的感觉，你也来试试看？ ”这恐怕没人相信。

 好，我们退一步，猫不会说话，那么我们把一个会说话的人放入箱子里面去。当然，这听起来 有点残忍，似乎是纳粹的毒气集中营，不过我们只是在想象中进行而已。这个人如果能生还，他会 那样说吗？显然不会，他肯定无比坚定地宣称，自己从头到尾都活得好好的，根本没有什么半生半 死的状态出现。可是，这次不同了，因为他自己已经是一个观察者了啊！他在箱子里不断观察自己 的状态，从而不停地触动自己的波函数坍缩，我们把一个观测者放进了箱子里！

 可是，奇怪，为什么我们对猫就不能这样说呢？猫也在不停观察着自己啊。猫和人有什么不同 呢？难道区别就在于一个可以出来愤怒地反驳量子论的论调，一个只能 “喵喵”叫吗？令我们吃惊的 是，这的确可能是至关重要的分别！人可以感觉到自己的存活，而猫不能，换句话说，人有能力 “测

量”自己活着与否，而猫不能！人有一样猫所没有的东西，那就是 “意识”！因此，人能够测量自己的 波函数使其坍缩，而猫无能为力，只能停留在死/活叠加任其发展的波函数中。

 意识！这个字眼出现在物理学中真是难以想象。如果它还出自一位诺贝尔物理学奖得主之口， 是不是令人晕眩不已？难道，这世界真的已经改变了么？

 半死半活的 “薛定谔的猫 ”是科学史上着名的怪异形象之一，和它同列名人堂的也许还有芝诺的 那只永远追不上的乌龟，拉普拉斯的那位无所不知从而预言一切的老智者，麦克斯韦的那个机智地 控制出入口，以致快慢分子逐渐分离，系统熵为之倒流的妖精，被相对论搞得头昏脑涨，分不清谁 是哥哥谁是弟弟的那对双生子，等等等等。薛定谔的猫在大众中也十分受欢迎，常常出现在剧本， 漫画和音乐中，虽然比不上同胞Garfield或者Tom，也算是有点人气。有意思的是，它常常和 “巴甫 洛夫的狗 ”作为搭档一唱一和出现。它最长脸的一次大概是被 “恐惧之泪 ”(Tears for Fears)，这个在 80年代红极一时的乐队作为一首歌的标题演唱，虽然歌词是 “薛定谔的猫死在了这个世界 ”。

********* 饭后闲话：海森堡和德国原子弹计划(五)

《哥本哈根》一剧于1998年5月21日于伦敦皇家剧院首演，随后进军法国和百老汇，引起轰动， 囊括了包括英国标准晚报奖(Evening Standard)，法国莫里哀戏剧奖和美国东尼奖等一系列殊荣。 剧本描写玻尔和夫人玛格丽特，还有海森堡三人在死后重聚在某个时空，不断地回首前尘往世，追 寻1941年会面的前因后果。时空维度的错乱，从各个角度对前生的探寻，简洁却富予深意的对话， 平淡到极点的布景，把气氛塑造得迷离惝恍，如梦如幻，从戏剧角度说极其出色，得到好评如潮。 后来PBS又把它改编成电视剧播出，获得的成功是巨大的。

但Thomas Powers《海森堡的战争》一书的命运却大相径庭。甚至早在《哥》剧大红大紫之前， 它便开始被许多历史学家所批评，一时间在各种学术期刊上几乎成为众矢之的。因为对Farm Hall Transcript稍加深入的研究很快就表明事实完全和Powers说的不一样。海森堡的主要传记作者 Cassidy在为Nature杂志写的书评里说： “……该作者在研究中过于肤浅，对材料的处理又过于带有 偏见，以致于他的精心论证一点也不令人信服。(Nature V363)”而Science杂志的评论则说： “这本书， 就像铀的临界质量一样，需要特别小心地对待。(Science V259) ”纽约大学的Paul Forman在《美国 历史评论》杂志上说： “(这本书)更适合做一本小说，而不是学术着作。 ”他统计说在英美的评论者中， 大约3/5的人完全不相信Powers的话，1/5的人认为他不那么具有说服力，只有1/5倾向于赞同他的说 法。

 而在1998年出版的《海森堡与纳粹原子弹计划》一书中，历史学家Paul Rose大约是过于义愤 填膺，用了许多在学者中少见的尖刻词语来评价Powers的这本书，诸如 “彻头彻尾虚假的(entirely bogus)”、‘幻想(fantasy) ”、“学术上的灾难(scholarly disaster) ”、“臃肿的(elephantine) ”……等 等。

 OK，不管人们怎么说，我们还是回过头来看看海森堡宣称的一切。首先非常明显可以感受到的 就是他对于德国物理学的一种极其的自负，这种态度是如此明显，以致后来一位德国教授评论时都 说：“我真不敢相信他们竟能有如此傲慢的态度。 ”海森堡大约是死也不肯承认德国人在理论上 “技不 如人”的了，他说直到1942年双方的进展还 “基本相当”，这本身就很奇怪。盟国方面在1942年已经对 原子弹的制造有了非常清楚的概念，他们明确地知道正确的临界质量参数，他们已经做了大量的实 验得到了充分的相关数据。到了1942年12月，费米已经在芝加哥大学的网球场房里建成了世界上第 一个可控反应堆，而德国直到战争结束也只在这方面得到了有限的进展。一旦万事具备，曼哈顿计 划启动，在盟国方面整个工程就可以顺利地上马进行，而德国方面显然不具备这样的能力。

 海森堡的这种骄傲心理是明显的，当然这不是什么坏事，但似乎能够使我们更好地揣摩他的心

理。当广岛的消息传来，众人都陷入震惊。没心计的哈恩对海森堡说： “你只是一个二流人物，不如 卷铺盖回家吧。 ”而且……前后说了两次。海森堡要是可以容忍 “二流”，那也不是海森堡了。

 早在1938年，海森堡因为不肯放弃教授所谓 “犹太物理学 ”而被党卫军报纸称为 “白犹太人 ”，他 马上通过私人关系找到希姆莱要求澄清，甚至做好了离国的准备。海森堡对索末菲说： “你知道离开 德国对我来说是痛苦的事情，不是万不得已我不会这样做。但是，我也没有兴趣在这里做一个二等 公民。 ”海森堡对个人荣誉还是很看重的。

 但是，一流的海森堡却在计算中犯了一个末流，甚至不入流的错误，直接导致了德国对临界质 量的夸大估计。这个低级错误实在令人吃惊，至今无法理解为何如此，或许，一些偶然的事件真的 能够改变历史吧？

******** 贴图：巴甫洛夫的狗吃了薛定谔的猫

*susy注：实在不好意思，偶没能找到这个插图。

曹天元（Capo） 2013-08-23 10:16:44

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