发信人: skunk (skunk), 信区: Lixueyuan
标  题: 第八章 论战 
发信站: 哈工大紫丁香 (Fri Nov 21 18:47:11 2003), 站内信件



 
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

 
。它市中心那几座著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，科莫市最著名的人物，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

 
给著名的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（Erich Bagge）、迪布纳（Kurt Diebner）、格拉赫（Walther 
Gerlach）、沃兹（Karl Wirtz）……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（Albert Speer）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，这也将是最著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。 
 
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-ph

 
oton”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，an

 
d 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I

 
I。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。
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/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。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。 （待续）   



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