上帝掷骰子吗-量子物理史话-第31部分
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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，同时又捍卫了一种道德地位。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。
第八章 论战三
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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/2π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�
