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galilette
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 物理学和伟大的科学家们 (smth)

发信人: wdmm (鲜花~~玫瑰), 信区: TheoPhys
标 题: 物理学和伟大的科学家们
发信站: BBS 水木清华站 (Mon Nov 22 20:19:44 2004), 站内

转载
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本文是名为ooooooops网友的大作（原文为爱因斯坦评传，但在后面的帖子中讲诉了很多
物理学史的典故，所以我把它改名了）结趣味和科学于一体，希望有兴趣的朋友耐心慢慢看
看

一 　天降牛顿
　　 沧海月明夜，
　　 万物匿其形，
　　 天公降牛顿，
　　 处处皆光明。

　　 公元1642年大概是整个物理学史上最为出名的一年，但这一点在当时只怕并不能为英
格兰东部林肯郡一个名叫沃尔斯索普的小村里的居民能认识到。其时正值圣诞节前夜，风雪
之中一位村妇行色匆匆地赶往医生家中，她在胸口不停地划着十字，嘴中还在叨念，那个牛
顿家的早产儿不知道怎么到底怎么样了？
　　 她在村里干了多年的接生婆，却从来没有见过如此瘦小的婴孩，那个孩子象猫儿一样
蜷在母亲的怀抱里，甚至一品脱的杯子就可以把他盛下。孩子刚出世的时候紧闭小嘴，脸色
铁青，幸好边上有一位醉醺醺的神父，他情急之下把一杯烈酒泼洒在婴儿身上，孩子才猛醒
一般大声哭叫起来。
　　 事隔多年之后，神父犹为当年的急智洋洋得意，因为他拯救的哪里是个病恹恹的小生
命，而是世界上最伟大的人。

　　 伊萨克·牛顿静悄悄地来到人世的这一年，正赶上大物理学家迦利略的去世。这对刚
复兴的物理学来说无疑是一沉重的打击，何况迦利略临死前不久还被人拖到宗教法庭上伏法
认罪，知者无不心寒。这位德高望重的领袖一去，整个物理学不免显得萧索起来，很长一段
时间都没有什么进展，世界仍是迷雾重重，也许大家都在等待那个拨开迷雾的人。
　　 但小牛顿是不知道这些的，他从来不知道迦利略是谁。对他来说最快乐的事情莫过于
坐在河边看磨房风车的转动，或者水中小鱼的游荡。
　　 他不愿意回家。说起来这个孩子的身世颇为凄惨，他出生前的三个月父亲就去世了，
而后他母亲又改嫁到一个名叫史密斯的牧师家中。这位牧师面慈心狠，经常虐待牛顿不说，
还不让他见母亲的面，后来几个弟妹的相继出世使得牛顿在家中更无地位可言。
　　 在学校里牛顿也并没有讨到老师的喜欢，各门功课差得一塌糊涂，而且由于身形瘦小
，成为诸多顽童欺负的对象。小牛顿生性内向，在外人面前很是腼腆，纵使受了欺侮也很少
回击，他只喜欢和班上的女孩子来往，经常制作一些小玩偶之类的玩具送给她们。
　　 有一次牛顿精心模仿磨房里的风车制作了一个模型，他得意地拿到班上炫耀，这是他
难得开心的时刻，但班上那个成绩最好的学生反问了他一句，你知道风车是怎么转起来的么
，老实的牛顿立时目瞪口呆。
　　 哄笑声中那个成绩好的孩子将风车扔在地上踩个稀烂，牛顿再也忍不住了，他愤怒地
拔拳相向，那个孩子虽然比他高一大截，但在牛顿凌厉的攻势之下无招架之力。事后牛顿跑
到小河边痛哭了一场，他发誓今后一定要出人头地。
　　 这件事对牛顿的影响极深，直到他晚年仍不时地提及。自此之后，牛顿门门功课都是
全优，所有的老师和学生都是刮目相看。牛顿除了学习成绩惊人以外，课外他更喜欢动手制
作一些新发明。
　　 此时牛顿作为天才物理学家的能力已经显现出来，一次他观察到自己身体的影子随着
太阳的转动长短发生了变化，就萌生了制作日晷的念头。他在家中大门上画满了刻度，随眼
一瞥就能报出准确到分钟的时间，与教堂里的大挂钟别无二致。后来教堂里的钟出了问题，
村里人干脆就拿牛顿的太阳钟做标准时间，一直用到牛顿逝世后几十年。
　　 18岁那年，牛顿终于得尝所愿，来到了著名的剑桥大学三一学院，当时的大学大多带
有神学院的性质，三一学院的院名也是借指神学上的圣父，圣子，圣灵的三位一体。
　　 牛顿对宗教的兴趣大概也是始于剑桥，但他最喜欢的还是物理和数学。在大学里牛顿
仍是性格孤僻，很少与人交往，早在读中学的时候他就发现自己的智力高得和普通学生不可
同日而语，现在到了英国的最高学府，情况却没有什么变化。
　　 同学们之间的话题他从来没有兴趣参与，而指导老师普雷因教授也整天只是忙着招募
弟子。当时教授们的收入完全来自学生们的学费，也无怪普雷因教授一连招收了五六十名弟
子，几乎落得人贩子的美名。
　　 老师根本没时间指导牛顿，遑论能有心思回答他那些精灵古怪的问题了，最后普雷因
教授干脆列了一个书单，上面都是自古流传的经典名作，内容涉及到数学，哲学，宗教等等
，在这几年里牛顿的任务就是把它们读完就算了结了学业。
　　 此法果然奏效，牛顿再也没来找过他，而是埋头到那些书目之中。他一边读书一边作
笔记，上面写满了他对各类科学问题惊世骇俗的看法。无论谁看了，都决不能相信这居然出
自一个二十多岁的年青人之手，直到今天牛顿的这些手稿还在被一些史学家，科学家细细研
究。
　　 在剑桥大学里唯一能让牛顿动心的是著名的卢卡斯讲座，这一讲座是当时剑桥大学里
唯一涉及到自然科学的讲座，而且通常都是由最负名望的学者轮流主持，第一任执掌教席的
乃是巴罗教授。这位巴罗教授也算得上是一位奇才，十八岁便在三一学院获得博士学位，他
精通数学，还先后担任过希腊文，哲学教授，被誉为整个欧洲最为出色的学者。
　　 巴罗教授的报告牛顿开始是每场必听，并且通常坐在最后一排。每当巴罗讲到一些艰
涩难懂的地方，经常会抽眼关注一下听众的表情，台下人人神色凝重，即便是资深教授也会
微微皱起眉头，全场只有坐在后排的那个金发小个子嘴角微撇，一幅满不在乎的神情。
　　 更令巴罗惊异的是几次报告之后却见不到牛顿的人影，他索性直接在宿舍里找到了牛
顿，原来牛顿竟认为他所讲的已经丧失新意，根本听之无趣。一番倾谈之下，巴罗对牛顿极
是看中。这个年青人聪慧过人，眼界高远，学识水平远出齐辈，尤其在数学上更是极负天资
，很多复杂的定理公式在他手中如同儿戏。
　　 然而当他无意中提到几个简单的几何问题时，牛顿却眨眨眼睛接不上话，细细盘问之
下却发现他居然根本不懂最简单的欧氏几何学。
　　 当下巴罗大惊失色："你是怎么看懂笛卡儿的《几何学》的？"
　　在刚才的谈话中牛顿曾对当代数学大师笛卡儿的几何学提出一些很是高明的见解。
　　 不料牛顿更是满脸狐疑："那是我没事的时候翻着玩的，难道还先得学什么欧氏几何不
可么？"
　　 巴罗低下头去半晌无语，他深知笛卡儿著的那本几何学极尽烦琐之能事，其中不但充
满了晦涩的哲学术语，通篇公式之繁杂更是前所罕见，而眼前这位小伙子居然在丝毫不通基
本几何学的情况下居然能全盘理解，融会贯通，那不是天才是什么？嘿嘿，那位人贩子普雷
因教授，着实误人不浅。
　　 此后巴罗教授对牛顿更是青眼相加，有时候在卢卡斯讲座讲到精妙费解之处，就让牛
顿站出来侃侃而谈，台下听众尽多博学之士，然则这位年青人说理清澈，功力精湛，竟是谁
也找不出毛病来。 一次，牛顿在讲说之中灵感忽现，便当即连讲带写展示了他的想法，其
中的数学公式极是艰难，写在黑板上便是极长的一串，牛顿面不改色，心脑并用，转眼间就
给出答案，包括巴罗在内的所有听众无不面面相觑，全场一片静寂。
　　 最后巴罗教授站了起来，缓缓道："伊萨克·牛顿，我不得不遗憾地告诉你，作为导师
，我实在不能再教你什么了，"，然后把目光转向其他听众"诸位，我提请你们注意一下，眼
前的这位年青人终将执掌卢卡斯教席，而他一旦执掌，只怕教席的轮流制就此废止了。"
　　 巴罗教授毕竟是大有眼光的人物，在牛顿二十六岁那年就以教授的身份接掌卢卡斯教
席，而且一直到他五十岁之后自愿放弃为止。
　　 牛顿如此受巴罗教授的赏识倒也不仅靠他的天才。巴罗教授生平阅人无数，而剑大更
是英才辈出，牛顿的天分固然是无与伦比，他的勤奋更是不作第二人想。
　　 其实用勤奋这种字眼来形容牛顿还是太肤浅了，因为科学在他而言甚于生命。当时剑
大的学生各个风流潇洒，马场，剧院，舞厅都少不了他们的身影，惟独牛顿一人整日埋头书
桌，不与人交往，更遑论唱歌跳舞之类的活动。
　　 巴罗教授的点拨使牛顿眼界大开，而他介绍给牛顿的欧几里得所著的《几何原本》一
书更是让牛顿明白了如何建立一套公理完备的科学体系。加强了基础之后他抽空又把笛卡儿
的几何学从头至尾看了一遍，找到了其中大量的错误，他简直就象跟作者赛跑一般，一边读
着书一边就远远地超出了作者的水平。
　　 一段时间里牛顿狂热地迷上天文。其时的天文学经过多年积累，资料已颇为丰厚，尤
其在大天文学家第谷的毕生努力下，整理出行星运动的极多数据。同屋的人曾怀疑牛顿是否
有了什么毛病，几天都不下床，只是捧着一大本资料看个没完，有时苦思冥想，有时写写画
画，手头上没纸便顺手在墙上打起了草稿。
　　 大家都知道牛顿一件事不完成势必不会收工的，但从来没见他如此艰难地沉迷在一道
难题上，以他资质之高当世未必会有什么问题让他如此费神。有人打趣地问他，难道你想做
个占星士不成，牛顿
　　紧闭着嘴唇并不答话。



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但是牛顿的学生生涯突然被意外地中断了，那是一场席卷欧洲的大瘟疫，仅在伦敦一下子
就死去了好几万人。学校里宣布停课，牛顿不得不转到乡下伍尔索普农庄里，这一住便是十
八个月。
　　 这一段隐居生活，多年以来一直是人们津津乐道的话题。谁也无法想象，天下竟有如
此一个聪明的年青人，居然有如神助，能在如此短暂的时间里作出震撼世界的成绩来。
　　 村里人都知道那个剑桥的聪明人回来了，但谁也没有见到他，牛顿始终都在屋后的那
间小阁子里，唯一能表示他存在的便是小屋彻夜的昏黄灯光。
　　 一个经典的传说是当牛顿坐在树下看书的时候，一只苹果突然砸到他身上，这一司空
见惯的现象却引起了牛顿的深思，他认识到一定是一种引力在起作用，推而广之，地球和月
球，行星和太阳之间必然也存在类似的力，这便是牛顿发现万有引力的经过。
　　 如此一来，便似整个人类能有今天灿烂的文明倒似是两个苹果之功，其一便是伊甸园
里的亚当和夏娃偷食的那一只，他们此后终被逐出伊甸园并得以繁衍众生，其二便是砸在牛
顿身上的那只，这一砸不仅砸出旷世第一灵感，自此人类的命运是大为改观。
　　 当然这只是戏说，但牛顿当真这十八月内几乎完成了他一生中最重要的发现。
　　 历史上的牛顿不仅仅是作为大物理学家出现的，在数学的发展史上他也是举足轻重的
人物。而真正以数学大师身份出现的牛顿似乎只有他回到乡下后的头六个月，在这段时间里
，他同时发明了二项式定理，无穷级数展开，微积分，无穷小概念和极限，尤其是微积分，
几乎决定了几百年来数学的研究主流。
　　 这些眼花缭乱的成果在当时而言即便是第一等的数学家花六个月时间未必能理解，一
个并不以数学为职业的人居然轻松创造了出来，当真匪夷所思。
　　 被冠以"轻松"二字，是因为牛顿只不过是为发展他的新物理找到一套工具而已，他也
未必放在心上。牛顿瞄准的乃是宇宙中最普适的真理。
　　 在此之前人们就如何描述垂直下落的物体，也知平抛物体的时候初速度越大抛得越远
，可是谁能把这和天上月亮和星星的运动联想起来！九天之上的神界怎能同浑浊不堪的凡间
同日而语呢，上帝难道也会围着餐巾拿起刀叉享用早餐么？
　　 在英国乡下一间昏暗的屋子里，一个年青人锐利的目光看穿了一切：又有什么不一样
呢？月球，行星运行的轨道方程和地上物体的是何其近似，一定是一种同样的神秘因素在起
作用，一种促使着物体互相吸引的因素，这就是万物运动的根源所在。
　　 夜已深了，伏案良久的牛顿终于直起身来，他默默地把手稿放入了柜里，这是牛顿一
向的习惯，凡事不彻底弄清楚之前，决不轻易拿以示人的，万有引力定理虽然神妙，但要确
定它还需更详尽的资料。他首先想到的便是在剑大读书时曾疯狂研读过的天文资料，孰料当
时很多记载都有误，跟牛顿推演的结论差距甚大，他只得再次将手稿封入柜中，直到几十年
后天文观测的数据被修正之后才取出发表。
　　 但这震撼宇宙的第一思想就这样在悄悄诞生在一个名不见经传的年青人手中，牛顿终
于可以安心地好好睡上一觉了

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瘟疫之后，各大院校也陆续复课，此时的牛顿全然不似世界第一智者的形象，他照例是话
不多说，人也不多交往，但他获得了一大笔奖学金，生活着实改善了不少，再加上巴罗教授
的鼎立提携，他很快成为年轻一代学子中的佼佼者。
　　 1668年，26岁的牛顿双喜临门，他一方面获得发明了反射式望远镜，获得极大的声誉
，另一方面终于开始执掌了卢卡斯讲座的教席。这种反射式望远镜不再是透镜聚焦，而是利
用球面镜的反射来聚焦，这样一来消除了色差现象，望远镜的分辨率和放大倍数都大为提高
，四年之后牛顿单凭此项发明便当选为英国皇家学会会员。
　　 反射望远镜的制作也证明牛顿确实是千年以来的第一奇才，为了发展出他新力学，什
么都是亲自动手，数学知识不够便自创出一套来，观测工具不够先进便重新改进，什么都挡
不住他的脚步。牛顿是既是第一等的思想大家，数学才能也是古今罕见，实验的技术也独步
天下，即便就其作为一个工匠来看亦是身手不凡。
　　 如此才华横溢的牛顿却自打跨入皇家学会的第一天便遭人嫉视，这当然与他本人的个
性也是大有关联。牛顿自幼双亲离弃，性格上多是偏激自负之处，言语不禁，得罪了不少人
，而他偏又心胸狭窄，睚眦必报，若是有人触犯了自己，便会遭至倾力报复，甚至不惜利用
学术和行政（这是他晚年当上大官之后）的手段压制。
　　 和牛顿争论最多的便是大他13岁同为皇家学会会员的罗伯特·胡克，此人亦是一位多
才多艺的大物理学家，他发明了很多东西，诸如湿度计，量雨器，螺旋弹簧，万向节等等，
在物理学中物体的形变和外力成正比的胡克定理也是大大有名。他身世与牛顿也有相仿之处
，妒忌心之强却远甚牛顿，他可不愿意看到这位初出茅庐的年青人就此大红大紫，将自己的
风头压了下去。
　　 胡克首先找到的茬子是牛顿的反射望远镜，他以长辈的口吻对牛顿的新发明反射望远
镜再三挑剔，并说如果给他时间他作出来的还要好的多。不仅如此，胡克还强扣着牛顿的论
文不发表，硬说他的光学理论不值一哂。
　　 生性要强的牛顿哪里受的了这个，一场大战就此引发。这些年牛顿一直专注于光学的
研究，战火便从光学领域燃起，而这一战便是六年之久。
　　 开始二人还都仅囿于学术范围，但很快胡克就相形见绌，他虽也是一位罕见的奇才，
然而在博大精深的牛顿面前，他的才智也仅剩下一些微不足道的小技巧而已。胡克的数学功
底相比牛顿不啻霄壤，很多实验也是毛毛糙糙，漫不经心，而牛顿在学术上向来是兢兢业业
，胡克的纰漏蔫能逃过牛顿那如炬目光，他甚至找出了胡克的看家法宝--显微镜原理的错误
，并当众公布了出来。
　　 胡克羞恼之下，也纠集地当时全欧第一流的物理学家对牛顿的光学理论发难，其时牛
顿的理论发轫未久，基础薄弱，漏洞实多，因此牛顿一边回击，一边迅速弥补了很多缺陷，
为了替自己的观点辩护，1675年他在实验中发现了著名的牛顿环现象，这也是光学中极重要
的一个发现。
　　 后来牛顿和胡克之争逐步演化为人身攻击，这一点上他们也是棋逢对手，胡克言辞亢
烈，牛顿用语尖刻，却是谁也奈何不了对方。二人都被这场论战弄得筋疲力尽，唯一得益的
倒是光学本身，这几年的发展乃是百年间最为迅速的。
　　 孰料一波未平，一波又起，来自欧陆的大数学家莱布尼兹就微积分的发明权的问题要
也和牛顿争个高下。这场风波原是牛顿的好友，另一位数学家科林斯引发的。
　　 当年莱布尼兹在数学上刚展露头角，年少气盛，便以外交使节的身份来到英国，名曰
研究，实是挑战，英国皇家学会派出的迎战人员便是科林斯。这莱布尼兹极是了得，三言两
语便将他驳得体无完肤，科林斯焉能服气，他拿出了牛顿锁在柜中的手稿，上面都是牛顿数
学思想的精华，比如二项式定理，流数法等。
　　 莱布尼兹一看之下不免大惊失色，一声不吭地就回了国。科林斯固然是不辱使命，得
胜还朝， 却在学界留下一桩公案。几年后莱布尼兹发表了世界上第一篇关于微积分的论文
，在那篇不到六页的文章里他采用了比牛顿高明的微积分符号，直到今天还被广泛使用，但
这却也不能说不受当年牛顿手稿的启发。
　　 牛顿知道后大是愤怒，以他个性之强，便是全天下的人与他作对也不见得会屈服，他
马上写信将莱布尼兹痛斥一番，自此二人也是你来我往，不亦乐乎。
　　 终于连牛顿自己也不能忍受了，他在给胡克的一封信里明智地宣布退出争执，那封信
是这样写的："笛卡儿先生所做的是搭了一座梯子，而您则使梯子升得更高了一些，……如
果我能看的更远一些，那是因为我站在巨人的肩膀上。"
　　 最后那句话向来被用来引证牛顿为人是如何的谦逊，但大家都看的出来，牛顿的意思
是我可并没理睬什么梯子，我是站在巨人肩膀上的，这只不过暗含对胡克的讥讽而已。
　　 尤令人啧啧称奇的是在这几年的无尽纷扰之中牛顿居然还能静下心来构思出古今第一
科学巨著《自然哲学的数学原理》。在书中他模仿了欧几里德的几何公里化体系，综合前人
的经验和自己的创新，奠定了经典物理学的根基：著名的牛顿三定律。
　　 此书一出，学界登时将牛顿视为天人，此后他几百年的崇高地位再也无人撼动丝毫，
直到二十世纪又爆发新的革命为止。
　　 说起来，书中著名的万有引力于距离平方成反比的结论还是拜胡克所赐。牛顿在一次
争吵中指出胡克行星运动的椭圆方程谬误丛生，胡克情急之下却突然萌发了一个大胆的见解
，引力应和距离平方成反比。牛顿初闻此言便是一愣，他早年曾有过类似的想法，可是苦无
证据，年日既久，已经慢慢淡忘了，现在一经胡克提及，登时想到这些行星的运动方程只怕
就是突破口所在。
　　 看着胡克一头雾水的样子，牛顿肚中暗暗好笑，胡克的数学素养比自己毕竟还是差了
一大截，他要是稍有头脑的话，便会想到这方程与引力定律乃有莫大的关联，决不至当着自
己的面说出来。
　　 牛顿马上查遍了各种公式，最后目光落到开普勒方程上。开普勒乃是大天文学家第谷
的嫡传弟子，第谷的最大贡献便是整理出浩若烟海的行星轨道数据，而开普勒也为总结出三
条定律耗尽毕生心血。牛顿运用开普勒方程，很快便完成了推导。
　　 《原理》一书影响之大上至王公贵族，下至贩夫走卒都有耳闻，甚至女王陛下也为此
召见牛顿，大概是让牛顿给她讲解。这次具体召见的情形史书并为记载，但想必女王对牛顿
甚是钦服，自此牛顿也颇得女王的眷顾，走得一路顺风，不久便升任皇家学会主席。
　　 牛顿的思想象火炬一般熊熊地燃烧在欧洲的上空，整个物理学在他的带动之下走上了
全新的道路，在物理学家的眼中牛顿无异耶稣降世，没有他的话人们不知还要在黑暗中摸索
多少年。
　　 全盛时期的牛顿在物理学上已经没了敌手，当年胆敢与他争锋的学者一个个被他清出
场外，皇家学会已然被他一手遮天，不是牛顿思想的信徒休想踏入一步，甚至在几百年后这
还是选拔会员的唯一标准。
　　 后世的学者不免对牛顿的这种霸气颇有微词，英国皇家学会也一度成为最为保守的科
研机构，但问题在于当时牛顿的道路是唯一可行的，所有和他不一致的观点都是行而不远，
而那些"盲从"牛顿的信徒们最终将经典物理学推上了辉煌的极点，这其中的是与非可就难说
的很了。
　　 至于牛顿对晚年对物理学的放弃，犹如他在隐居在乡下的十八个月里一般，令人很是
难以理解。可能牛顿已经模糊意识到整套看似完美的理论有重大缺陷，那是关于他的绝对空
间和绝对时间的观念。他自己也无法解释既然空间时间都是恒久地存在着，那么当初又是怎
么运动起来的呢？
　　 他只有求助于上帝。


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他不仅是天才的物理学家，也是虔诚的教徒，他在宗教方面可不是象外人所想的那般前卫
和叛逆，注意这样一个事实：牛顿一生中的神学手稿洋洋洒洒统共有几百万字，比科学方面
的多出几倍，他只怕比任何人都热心考证上帝的存在。
　　 有人说中年以后的牛顿已经是江郎才尽，这却也未必。那时的牛顿固然不象年轻时那
般石破天惊，但头脑之机敏在当时仍是不作第二人想。
　　 那是一个昏黄的雨夜，年迈的牛顿从办公室里疲累地回到家中。此时的他跻身贵族重
臣之列，身兼铸币大臣和皇家学会会长两大要职，工作十分辛苦，但大多已经和物理无关了
，尤其是他宠养的猫咪打翻的烛台将几十年的手稿烧光之后，牛顿更是意冷心灰，遂全心于
官场上的应酬。
　　 家中一位朋友恭候已久，他向牛顿递上了几张纸片，那是一份来自法国的信笺。著名
的数学家伯努利提出了著名的最速落线问题，题目看上去很是浅显，从固定高度下落的小球
究竟沿怎样的曲线轨道滑落到地面上方能使得下落时间最短，孰料此题难度之大居然折服了
欧陆的第一等好手，伯努利无奈之下只得出重金悬赏，消息传到英吉利海峡的对岸，英伦三
岛的大师们亦是一筹莫展。
　　 此时牛顿已遁入官场多年，但他们还是找到了这位精神领袖。牛顿接过信，戴上老花
眼镜看了看，说道：我尽量试试吧。寒暄几句之后，访友告辞下楼。
　　 几天之后，伯努利突然收到一封没有署名的信件，他了了浏览了一便之后突然大叫了
一声，人们纷纷闻声赶到，伯努利愣了半晌方才一字一顿的说道："我虽然没有见到雄师本
人，但毫无疑问我看到的是雄师的爪印。"那封信便是牛顿所写，这篇不长的文章里他又用
利剑开辟了数学上一个崭新的领域--变分法，算起来该是牛顿对科学的最后一个贡献了。
　　 至于变分的思想在后世的物理学何等重要，这个只怕牛顿本人也没有意识到。物理学
发展到今天，牛顿的光学的微粒说早在十八世纪就被支持波动说的泊松等人找出了破绽，绝
对空间和绝对时间的理念终于被爱因斯坦的相对论彻底颠覆，万有引力定律也慢慢的为引力
场理论所取代，唯独他模糊暗示的变分思想一跃成为物理学的真正根基所在，无论是研究广
袤无垠的宇宙的相对论，还是揭示物质最基本结构的夸克的第一得力工具量子场论，他们的
基础都是建立在朴素的变分思想之上的。几百年前伟大的牛顿，不问物理学几十年之久的牛
顿，到底在离开人世之前为物理学埋下了最重的一个伏笔。
　　 晚年的牛顿将睿智无匹的头脑用在升官进爵上，倒也很是了得。这也说明牛顿决非一
般人所想的书呆子之流。他为官工于心计，算无遗策，有心和他争竞的人在他手下根本走不
了三合，几十年来内阁几遭更迭，唯他一人稳若泰山，屡受女王的封赏。他为铸币大臣的时
候，以执法严酷闻名朝野，一些蟊贼企图伪造货币，他一怒之下将整个地下组织连根拽起，
二十多人均处绞刑。
　　 牛顿一直到八十三岁那年才病逝，这对于一个生下来仅几磅重的早产儿来说也是一个
奇迹。他这一生当真事事成功，无论作为物理学家还是数学家，神学家或者炼丹士，皇家学
会会长或者大英帝国的铸币大臣，在历史上都是重重的一笔。
　　 送葬的队伍极是壮观，首尾蜿蜒几里之长，即便亲王下葬也鲜有如此的排场。街头巷
尾都是潮水一般的人群，这些年来牛顿尽管深居简出，但在大英帝国臣民的心目中已然神秘
得宛似上帝的代言人，大英王室的成员来了，坎特伯雷大主教来了，内阁的各部部长来了，
整个欧洲的学界精英都聚齐了。
　　 尽管牛顿离开物理学已经几十年之久，但真正发自内心悲痛的还是学界的人士，上帝
的代言人走了马上可以另找一个，铸币大臣去了当朝也不乏精明强干的官吏取代，然而作为
科学家的牛顿一死，普天之下，千载以降未必再找得出第二人。
　　 他们中有的人一直因在学术上受到牛顿的倾轧而耿耿于怀，有的人不止一次地被牛顿
的尖刻言辞所刺伤而记恨终生，然而这一次他们都默默地走在送葬队伍的当中，脚步格外地
凝重，人人心中都是一般心思：历史终将记住的是科学家的牛顿，而决不是什么铸币大臣或
神学家。
　　 牛顿被安葬在威斯敏斯特大教堂的伟人公墓，他的墓碑上刻写的是如下的文字：
　　 伊萨克·牛顿爵士
　　 静静地躺在这里。
　　 他以超人的智慧，
　　 第一个证明了，
　　 行星的运动和形状，
　　彗星的轨道和海洋的潮汐。
　　 他孜孜不倦地研究
　　 光线的各种不同的折射角，
　　 颜色产生的种种性质。
　　 对于自然，历史和圣经
　　 他是一位勤勉，敏锐而忠实的诠释者。
　　 他以自己的哲学证明了上帝的庄严，
　　 并在他举止中表现了福音的淳朴
　　 让人类欢呼吧，
　　 曾经存在过这样一位
　　 伟大的人类之光。





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物理学的开端
　　 每一个故事都有开头，我们又从哪里说起呢？
　　 距今两千多年以前，在欧洲巴尔干半岛的南端，美丽的爱琴海沿岸。群居民静静聚居
在雅典城附近，过着日出而作，日落而息的静谧生活。
　　 他们的文明按照当时标准的评价也许不值一哂，在此多年以前埃及人就建起了宏伟的
金字塔，美索不达米亚平原上纵横交错的运河更是惠泽万代，甚至领邦悍勇善战的斯巴达人
也远瞧他们不起，雅典城里的那些人么，一一听到战鼓就后退，一见到血腥就颤抖，他们不
过是一群悠闲堕落的商人和懦夫罢了
　　 还有比他们更奇怪的人么，敌人都快兵临城下了，议会大厅里无聊的公民们还在发表
自己的高见；盛夏剧院里居然数万人和舞台上几个带面具的戏子同悲同喜；那里最受尊重的
不是满身创疤的武夫，而是口若悬河的雄辩家，下笔如神的剧作家，和……一些疯子。
　　 那时侯没有思想家这个词语，但整日望着天空发呆的人不是疯子吗，胆敢鼓动年青人
否定神灵的人不是疯子么，只知躲在屋内写画一些奇怪符号的人不是疯子吗，在一起只是大
谈逻辑之类枉费人神的人不是疯子吗，他们中间固然有一些人颇受贵族们的青睐，从而得以
开学授徒，著书立说，但更多的人则喜欢隐逸民间，最极端的干脆流浪街头，过着最是贫贱
的生活。
　　 他们所追求的不是金钱，不是名利，不是宗教上的虔诚，只是一种模糊的理性美。王
者的话语是靠不住的，天神的预言也有不实之处，要想真正弄清楚这个世界究竟是什么样的
，不妨走得远一些，再远一些，静静地坐在橄榄树下，用一种审慎目光重新将凡间的万事再
扫视一遍，终究会有所得的。
　　 "不懂几何者严禁入内。"这是柏拉图神学院，世界上最早意义上的大学门口的几个粲
然大字，即便是名赫一时的王公贵族走到这里也会赧然避开，可以想象当地球上第一批的思
想家们寻到数学这样一件不带任何主观色彩的利器时，那是如何的骄傲而自豪呀。
　　 数学早在几千年以前，就被埃及人和巴比伦人用于买卖商品，丈量土地，甚至他们还
制定了年历，绘制了星图，这些不过是为了实用或宗教，但一到希腊人手中，立时神威尽显
，借助数学，他们的目光更加敏锐，理解的事理更加深透，从那时便萌生了真正意义上的物
理。
　　 早期的数学是和某种神秘主义联系在一起的，这里要提到的是毕达哥拉斯，形式上的
演绎推论便是自他开始。他最是钟爱自然数，这是他从琴弦上发现的秘密，仅当弦长之比为
为简单的自然数之比，例如2：1，3：4等才能发出悦耳的声音，这大概是历史上最早用数学
表述的物理定律了。
　　 毕达哥拉斯甚至还想更进一步，不光琴弦是和谐的，宇宙的万物都应该符合这一至高
准则，虽然最终神秘主义将他推到科学的对立面上，但这种对自然界美的追寻已经为历代物
理学家终极使命。
　　 另一位大师名叫德谟克里特，是原子论的创始人。很难想象几千年前就有人敢断言我
们这个世界是由无数不可分割的，肉眼不可见的粒子组成。他把这些粒子命名为原子，一共
有四种，干燥而重的石原子，潮湿而重的水原子，冷而轻的气原子，热而易变的火原子，万
物便是这些原子的组合，土壤是水原子和石原子组成的，植物则是土壤中的水原子和石原子
与阳光中的火原子结合成的。
　　 这些观点以今天的眼光来看未免粗鄙可笑，但在当时的条件下有如此见解，也算是很
了不起了，何况这确实为后世的物理化学奠定了基础。从德谟克里特玄想中的原子论到道尔
顿提出真正科学意义上的分子论，却也足足过了两千年。
　　 混沌之中物理学又向前迈进了几百年，一直到大哲学家亚里士多德手中才算真正开张
了起来。亚里士多德乃是一位兴趣极为广博的哲人，很多学科都是他给取的名字，包括生物
学，哲学，逻辑学，物理学也是他从希腊文 （意为自然）中推演而来的。
　　 但只怕亚里士多德本人对物理学的最大贡献也就仅仅是给它取上了一个动听的名称而
已，他采用的一套说明物理的方法很是符合日常的经验，譬如物体从来都是静止的，除非你
用力推它才开始运动，这些浅陋的观点在今天即便是刚学物理的初中生也会直斥其非。然而
他最大的错漏尚不在此，而是把数学掘弃到物理学之外，这可能是所有幻想仅通过哲学的思
辩便能通晓天下事理的思想家的通病。偏偏这种错漏被人们一继承便是千年之久，传到后世
的神学家手中时，所谓物理学已经被歪曲到惨不忍睹的地步。
　　 相形之下真正具有生命力倒是阿基米德的力学。阿基米德也是古希腊有数的大科学家
，但他的成名之路与亚里士多德颇有不同。亚里士多德除了自身知识渊博之外，还因他是亚
历山大大帝的老师；阿基米德则凭借保卫祖国的大军事工程师的身份而声名鹊起。
　　 在他的时代，所谓学者都是一些行在天上，不食人间烟火的异人，象阿基米德这般既
精擅数学，又肯脚踏实地地和杠杆，机械之类实物打交道的，却是少之又少。
　　 物理学原本就是沿着两条不同的线路走下去的，其一是获得对世界的终极解释，其二
是用于济世拯民。阿基米德.偏向的是第二条线路，当他的邦国锡拉丘兹遭到盛极一时的罗
马帝国的侵袭时便挺身而出。
　　 事实上数万的罗马军士真正对抗的也只阿基米德一人而已。他利用杠杆原理抛射出的
飞弹和巨石将罗马人砸的头破血流，在海上他甚至将敌方的舰只用机械手一把抓了起来，另
一次则用镜面会聚了阳光的能量将罗马人的风帆烧为灰烬。
　　 恼羞成怒的罗马人源源不断的增兵添将，一番急攻之下终至城破。士兵们怒气冲冲地
冲入城中，找的第一个人便是阿基米德。但他们见到后都不免大失所望，这位传说中神魔一
般的人物居然是一个不起眼的白发老头，他静静地伏在地上用芦苇杆画着一些几何图形，对
周遭的一切似乎置若罔闻。
　　 有人用脚重重地踩在他的几何图形上，阿基米德这才愤怒地昂起头，厉声道："你们让
我把这道题算完……"，无情的刀剑已经斩落下来。
　　 躺在血泊中辗转呻吟的远不止是阿基米德，而是整个希腊文明。希腊文明的衰亡是历
史上最是凝重悲壮的一笔，自此人类又在漫长黑夜中探摸了数千年，终于再见依稀的灯光。

　　 此后崛起的罗马帝国，其军威之胜，地域之广，那是希腊远不能比拟的。罗马文化也
有其独到之处，但是真正意义上的科学精神在他们手中已经所剩无几了，及至西罗马帝国被
日尔曼蛮族攻占，整个欧洲更是废墟一片，连罗马人自己也只能偏安到小亚细亚的一隅，希
腊文明更是只剩下了神话和碎片，留待后世细心的人们拾取。

二　 大厦落成
　　 "陛下，我们的假设中没有上帝！"
　　 --拉普拉斯
　　 1799年的法兰西，灯碧辉煌的宫廷中，盛装的拿破仑嘴角挂着微笑，他当然有十足的
马帝国的侵袭时便挺身而出。
　　 事实上数万的罗马军士真正对抗的也只阿基米德一人而已。他利用杠杆原理抛射出的
飞弹和巨石将罗马人砸的头破血流，在海上他甚至将敌方的舰只用机械手一把抓了起来，另
一次则用镜面会聚了阳光的能量将罗马人的风帆烧为灰烬。
　　 恼羞成怒的罗马人源源不断的增兵添将，一番急攻之下终至城破。士兵们怒气冲冲地
冲入城中，找的第一个人便是阿基米德。但他们见到后都不免大失所望，这位传说中神魔一
般的人物居然是一个不起眼的白发老头，他静静地伏在地上用芦苇杆画着一些几何图形，对
周遭的一切似乎置若罔闻。
　　 有人用脚重重地踩在他的几何图形上，阿基米德这才愤怒地昂起头，厉声道："你们让
我把这道题算完……"，无情的刀剑已经斩落下来。
　　 躺在血泊中辗转呻吟的远不止是阿基米德，而是整个希腊文明。希腊文明的衰亡是历
史上最是凝重悲壮的一笔，自此人类又在漫长黑夜中探摸了数千年，终于再见依稀的灯光。

　　 此后崛起的罗马帝国，其军威之胜，地域之广，那是希腊远不能比拟的。罗马文化也
有其独到之处，但是真正意义上的科学精神在他们手中已经所剩无几了，及至西罗马帝国被
日尔曼蛮族攻占，整个欧洲更是废墟一片，连罗马人自己也只能偏安到小亚细亚的一隅，希
腊文明更是只剩下了神话和碎片，留待后世细心的人们拾取。

二　 大厦落成
　　 "陛下，我们的假设中没有上帝！"
　　 --拉普拉斯
　　 1799年的法兰西，灯碧辉煌的宫廷中，盛装的拿破仑嘴角挂着微笑，他当然有十足的
理由值得自豪，不久前的雾月政变中他一跃便攫取了最高权柄，偌大的法兰西自此便匍匐在
他的脚下。他随眼一瞥，参加这次盛宴的尽是王公将军，政府要员，巨董大亨，学界名流，
全法兰西的精英都汇集于此，便微微点了点头。
　　 这时一位高个绅士手捧两卷新书，缓步走到前排，毕恭毕敬地献给了拿破仑。众贵宾
不免相视狐疑，他们自然都识得这位便是鼎鼎有名的大物理学家拉普拉斯，他与拿破仑的私
人交谊非同泛泛，加之素来威望孚众，此时已升任内政部长。
　　 有人不免暗笑他大不识趣，如此风光的场合，人人都是奉上奇珍异宝，这书呆子却寒
碜至此，有人却深知拉普拉斯此人甚是圆滑世故，自大革命以来无数的腥风血雨伤不了他毫
发，官倒是越做越大，他此般做作自是大有深意。
　　 拿破仑接过赠书，一页页地翻了起来，宾客们纷纷放下酒杯，关注着他的脸色，拉普
拉斯则恭顺地垂头立在一边。突然拿破仑重重一哼，道："拉普拉斯，你新著的这本《天体
力学》口口声声说能解决宇宙的一切谜题，可我前后翻了这许多页，你居然没有只字提到上
帝？！"
　　 周围的人无不耸动，拉普拉斯却陡然敛起一贯谦卑的笑容，昂起头肃然说道："陛下，
我的假设中并不需要上帝！"

　　 纵观物理学千年以来的发展，对物理学真正最具信心的不是门类空前完善的今天，也
不是经典物理成熟透顶的十九世纪末，而是拉普拉斯所处的时代。
　　 其时牛顿逝世已近半个世纪，然而他指引的方向确是丝毫不差，这些年来物理学取得
了空前的发展，神学的迷雾一点点的散去，牛顿力学的威力也一点点的显出，原先无数困惑
难解的现象无不迎刃而解。如果说还有什么障碍的话，那便是数学上遇到了难题。
　　 牛顿力学的概念固然是清晰明澈，但一遇到受力复杂的物体便需罗列诸多方程，求解
极是困难，而且学过初等力学的人便知那套力学须得对每个物体作图解的受力分析，纵横交
叉的矢量箭头更是大添繁乱，究其原因，还是牛顿力学在在数学上挖掘得尚不够深入。
　　 随着微积分体系的逐步健全，分析已成为数学中新兴的第一手段，和代数，几何鼎足
而立。大物理学家，数学家拉格朗日的《分析力学》横空出世，立时弥补了牛顿力学的缺憾
。
　　 拉格朗日是法国18世纪号称"三L"的三大科学家之首，剩下二位便是拉普拉斯和大数学
家勒让德。他的父亲是一位很富有的商人，在拉格朗日童年的时候就不幸破产。多年之后拉
格朗日提及此事的时候仍是大有感触，自称那是他一生最幸运的事情，要不然到今天法兰西
只不过会多一个庸碌的商人而已。
　　 《分析力学》一书着眼于更本质的物理量--能量，把虚位移原理，拉格朗日方程，最
小作用原理贯穿在一起，利用变分法这一强大的数学工具把力学推向了新的高度。全书以拉
丁文写就，遣词造句极富风度，全无干巴巴的说教，倒似点缀以公式和方程的诗篇。
　　 拉格朗日于此书也极是自负，在序言中如是写到："我们自牛顿时代以来力学的专著层
出不穷，但我保证本书的见解是全新的，自此所有和力学相关的题目都可以遵循一整套有条
不紊的步骤，这一点恐怕会令一些喜欢奇兵制胜的朋友所望，这里没有一副图形，也没有任
何几何上的论证，在我看来，力学显然已经成了分析的一支。"
　　 分析力学自是将纯数学引入物理的一个成功范例，而且解决了很多以前很难求解的问
题。机械制造工业，建筑行业都在此基础上大大迈进了一步。但后世学者对分析力学却也颇
有微词，它冲淡了物理学对事物本原的追寻，反而陷入了数学上无尽的形式变化，所有力学
家无不以尽善尽美地解出方程为终极目标，百多年来力学再鲜有进展，这也是原因之一。
　　 但分析力学中的变分法却无论在当时，还是后世都是大受推崇。变分法思想乃是起源
于亘古以来的一种美学思想，即事间万物均是被最简单，最完美的天然规律所支配。
　　 十七世纪大数学家费马在研究光的传播时提出过一条神秘的费马原理，不管在什么介
质中运动，沿真实传播路径所需时间是最短的，依照该定理便可导出光的折射定理，这实际
上已经开了变分法的先河。
　　 牛顿还在世的时候，法国的伯努利曾悬赏解决著名的最速落线问题，题目的原话是这
样的："在垂直平面内有任意两点，一质点受地心引力的作用自较高点滑落到较低点，不计
摩擦，问沿何种曲线运动时所需时间最短。"宝刀不老的牛顿仅花了一夜时间便找到了解决
办法，而真正把变分法用于力学中的则是爱尔兰的大物理学家，数学家哈密顿。
　　 哈密顿自小便受过极好的教育，5岁就开始学习各种外语，12岁的时候已经掌握了12门
欧洲语言，当时人人都认为他将会成为第一流的语言学家。孰料13岁那一年他和美国另一位
15岁的数学天才见面之后发生了戏剧般的变化，他获得了那位美国神童不可思议的数学天赋
，而美国神童最终却成为一代语言学大师。
　　 16岁那年哈密顿便指出了拉普拉斯的《天体力学》一书中的错误，令拉普拉斯大为惊
叹。进入剑桥三一学院之后更是才华毕露，二十二岁那年就成为三一学院的天文学教授，人
们从这位貌不惊人的爱尔兰人身上依稀看到了牛顿当年的风采。
　　 力学在哈密顿手中又一次获得升华，他的哈密顿原理是力学中至精至简的形式，纷繁
芜杂的牛顿方程被简要地用哈密顿正则方程所代替。


其中的H便是著名的哈密顿量，这在当年并未怎么引起十分的注意，直到两百年后新物理
学的两大支柱相对论和量子力学出世之后，牛顿力学中的很多观念都被放弃，惟有哈密顿量
成为两大支柱都扣得极紧的物理量，这一方面固然是哈密顿识见远卓，另一方面也说明正则
方程实是牛顿方程的精髓所在，须知任何新理论都不是空中楼阁，而要向原有的理论借助一
些最是根本的思想。
　　 哈密顿不仅是一位物理学，数学大师，其人文素养也是首屈一指。法兰西文学院多次
征文，此君都是榜上有名。这也与当时学界涉猎广博的风气相关，知识分子阶层相互交谈用
法语，立论著书用拉丁语，其时的法国大革命方兴未艾，启蒙风气之胜，思想大家之多相比
文艺复兴时代并不逊色，很多人身兼数学家，物理学家，哲学家于一身，但象哈密顿这般文
笔高妙的人倒是不多，如象拉普拉斯一般冠以革命家，社会活动家，政府高级官员的头衔的
任务更是罕见了。
　　 拉普拉斯出身贫寒，他自小砺志自学，到二十一岁那年已经身手不凡，几篇涉及到数
学，物理最新研究领域的论文引起了法兰西科学院的重视。但科学院当时守旧势力极重，象
他这般既无背景，又年轻的人是很难进入的，拉普拉斯满怀希望地申请加入，谁知第一年申
请科学院把职位给了比他年长十四岁的范德蒙，第二年又给了比他大十岁的库辛，他不免大
发牢骚"科学院宁愿接受一个才能远逊于我的人！"，心灰气沮之余便到一所军事院校教书，
这却成为他一生的转折点，因为在那里他遇上了其时尚为一炮兵学员的拿破仑。
　　 不过若说拉普拉斯的成名全拜拿破仑所赐却也太过冤枉了他。当拉普拉斯经过一番努
力终于跻身法兰西科学院时，立刻显出了他的实力。拉普拉斯研究领域之广，论文数量之多
，质量之高在全法国再无人能出其右，即便已经逝世的拉格朗日也是颇为不及，凭借如此辉
煌的业绩很快便登上了院长的宝座。
　　 拉普拉斯涉猎到分析力学，差分方法，偏微分的解法，概率论和人口论，热学和声学
的诸多方向，但他最显著的成绩就是把物理学引入到天文学中。他最早根据牛顿力学的万有
引力建立起摄动理论，并讨论了三体问题解的存在。
　　 所谓三体问题就是空间三个物体在万有引力作用下的运动方程，这类看似浅显的问题
真正解决起来却极是困难，拉普拉斯凭借深厚的数学功底，找到了一个特解，大约一百年后
一朝改进，顺着牛顿的路走下去便终可修成正果，所需的不过是时间和经验而已。
　　 今天的物理学家回想起来，拉普拉斯的言语虽然极是鼓动人心，却也太过狂妄，此后
的两百年间数学固然没取得想象中的进展，牛顿力学却终究发现了不实之处，而且即便我们
的计算能力空前强大，也不能预言出宇宙的每一个细节，这些都是二十世纪的量子力学出世
之后人们才慢慢领悟到的，拉普拉斯纵使是牛顿再世，也决计想象不出后来居然还有如此惊
人的波折。


热学的发展包括热力学和统计物理两部分，它一开始虽然不象力学一般从数学中演绎出一
套完美严格的体系，但于生产发展，社会进步却起过重要的作用，从第一次科技革命的代表
--蒸汽机便可见一斑。
　　 早在1695年法国人丹尼斯·巴本就制造出世界上第一台活塞似蒸汽机，他的设计思想
很是新颖，汽缸中加热产生蒸汽，推动活塞上升到顶端，然后汽缸降温，活塞又被推回，于
是装置就运转起来。
　　 此后的蒸汽机种类繁多，但究其原理也与此类似。作出重大改进的是英国的瓦特，他
于1782年制出单动式蒸汽机，并随后改进为双冲程式，蒸汽机的效率大大提高，并被广泛运
用于各行各业，从此瓦特的名字就和蒸汽机紧紧联在一起。
　　 瓦特，巴本等人都是第一等的大发明家，工程师，却都算不上是物理学家。热学建立
之初便和工程运用方面联系得极紧，这固与热学中不需要力学那般复杂的数学工具有关，但
研究热学的物理学家们大多重视实验现象，忽视哲学的思辩也是一大失策，譬如荒谬的热质
说就作为热学的根本前后统治达两百年之久便是明证。至于在如此脆弱的根基上居然演绎出
很多成功的热学定学家们的日子也大是轻松，甚至不须出什么才能特异之士，只要数学工具
一朝改进，顺着牛顿的路走下去便终可修成正果，所需的不过是时间和经验而已。
　　 今天的物理学家回想起来，拉普拉斯的言语虽然极是鼓动人心，却也太过狂妄，此后
的两百年间数学固然没取得想象中的进展，牛顿力学却终究发现了不实之处，而且即便我们
的计算能力空前强大，也不能预言出宇宙的每一个细节，这些都是二十世纪的量子力学出世
之后人们才慢慢领悟到的，拉普拉斯纵使是牛顿再世，也决计想象不出后来居然还有如此惊
人的波折。


热学的发展包括热力学和统计物理两部分，它一开始虽然不象力学一般从数学中演绎出一
套完美严格的体系，但于生产发展，社会进步却起过重要的作用，从第一次科技革命的代表
--蒸汽机便可见一斑。
　　 早在1695年法国人丹尼斯·巴本就制造出世界上第一台活塞似蒸汽机，他的设计思想
很是新颖，汽缸中加热产生蒸汽，推动活塞上升到顶端，然后汽缸降温，活塞又被推回，于
是装置就运转起来。
　　 此后的蒸汽机种类繁多，但究其原理也与此类似。作出重大改进的是英国的瓦特，他
于1782年制出单动式蒸汽机，并随后改进为双冲程式，蒸汽机的效率大大提高，并被广泛运
用于各行各业，从此瓦特的名字就和蒸汽机紧紧联在一起。
　　 瓦特，巴本等人都是第一等的大发明家，工程师，却都算不上是物理学家。热学建立
之初便和工程运用方面联系得极紧，这固与热学中不需要力学那般复杂的数学工具有关，但
研究热学的物理学家们大多重视实验现象，忽视哲学的思辩也是一大失策，譬如荒谬的热质
说就作为热学的根本前后统治达两百年之久便是明证。至于在如此脆弱的根基上居然演绎出
很多成功的热学定理，甚至总结出震烁古今的第一哲学思想--能量守恒定律，却当真匪夷所
思。
　　 整个热力学是建立在三大定律的基础之上的，如同牛顿三定律是牛顿力学的核心一般
。第一定律就是能量的转化和守恒定律，这不仅限于热学领域，而是贯穿于整个物理学中。
最早用实验证明热学中的热量和力学中的功等效的是英国物理学家焦耳。
　　 焦耳出生于曼彻斯特，原本是位酿酒师，后来在著名化学家道尔顿的引导下走上了科
学的道路。他在实验方面颇有天赋，几乎是一点便会，一会便精，二十出头就在电学中观察
到电流产生的热量和电流强度的平方、电阻成正比的焦耳定律而扬名一时，然而自此这位年
青人就沉寂下去，因为他花了足足三十年的工夫才测定热功当量的数值，奠定了能量守恒的
基础。
　　 能量守恒定律意义的重要性在当时而言，其哲学上的意义远较物理为胜。哲学家尽可
以欢天喜地地拿去引证自然界事物的运动形式总是不断转化的观点，而物理学家只不过简化
了一些复杂问题的求解过程。
　　 真正令人大开眼界的是二十世纪的相对论诞生之后，爱因斯坦著名的质能方程 显示出
质量和能量的转换关系，原来各自独立的能量守恒和质量守恒也合二为一。此后数学中的群
论引入物理学之后，寻找守恒定律便成了第一要务，今后物理学还会有什么进展，很大程度
上取决于是否能找到类似能量，动量之类的守恒量。
　　 热力学第一定律无情的击碎了"永动机"的梦想。人类自古以来就渴望制出一种不需要
额外提供能量又能永远转动下去的机器，但一直也未成功，反倒弄出了无数闹剧。
　　 最有名的是欧洲的一个人号称制出了永动机，其装置并不复杂，不过是一个轮轴上悬
挂了几个金属球，偏偏这个轮轴当真一转起来就不休不停，而且每转一圈还可以从井中提出
一小桶水来。稍具物理知识的人便可知此事绝不可能，但也一时看不出其作弊的手段。这个
人口才了得，在他的鼓动之下，居然带着永动机游历整个欧洲，每到一国还受到王室的接见
，甚至还曾取得专利。后来他的仆人间拌嘴才泄露了天机，原来永动机的下面有个暗箱，只
须有人藏匿其中转动发条即可。
　　 第一定律明确指出了能量是不能凭空产生的，但有些才智之士又突发奇想，第一定律
不是指出能量和热量可以相互转换么，那好，我们可以从一个高温物体不断吸收出热量并转
换成机械能做功，这不也是一种永动机么，何况于第一定律并不矛盾呀。
　　 其实当蒸汽机不断完善的时候人们就发现出这一个问题，无论怎么润滑机件，减小摩
擦，蒸汽机的效率提高到一定值之后就怎么也上不去了，换句话说高温物体释放的热量绝对
不能完全转化成机械能，这倒不能简单地推诿于摩擦，即便是摩擦力为零的情况也是如此，
解决这个问题就需要用到热力学第二定律。
　　 著名的物理学家克劳修斯提出的第二定理的表述是：不可能从单一物体吸收热量并把
热量完全转化为机械能，另一位物理学家开尔闻勋爵的说法更是简单明了：不能把热量从低
温物体逆传到高温物体，后来证明这两种说法都是等同的。
　　 随后克劳修斯便引入了熵的概念，从而第二定律又获得了第三种解释：熵增加原理，
即在封闭的外部热量无法传入的情况下，体系的熵值只会朝增加的方向移动。
　　 所谓熵值乃是表现体系的无序程度的物理量，熵值越大，体系便越是混乱离散。熵这
个词在当今除了物理和化学等寥寥学科之外，很少再有人提及了，但在19世纪的欧洲的上层
社会的交谈中，你若不装腔作势地拼出这个字音来会被人视为鄙陋的。
　　 起因还在克劳修斯，他得出熵增加的结论之后马上就推广到宇宙空间，整个宇宙不也
可视为一个封闭系统么，那么宇宙的前景是可想而知的，熵值无限增加，最后到一个极大值
，此后宇宙各处的温度都等同了起来，便处于一种永恒的死寂状态。他写下这篇论文时的笔
调很是忧郁，似乎宇宙的末日并不为远。
　　 克劳修斯的文章震动了整个社会，当时西方各国的社会正处于上升的黄金阶段，机械
大工业已初见端倪，粗大的烟囱林立城市，满载的航船游曳大洋，老百姓的生活日益富足，
人人都正在想如何把此等天堂一般的日子承继下去，孰料一盆冷水突然迎面泼来。
　　 末世的到来圣经里不是没有，那也只是触怒上帝的报复，再说那时人们已大多倾信于
科学，于天主的警告未必放在心上，然而正是科学家作出这等惨淡的预言，不由得不信，一
般小民未必会在意这世界的结局如何，但哲学家们却非要争出个是非不可，受其影响，那个
时期的文学也是悲观主义盛行一时，无病呻吟的诗歌也处处可见，神学家又得意地站了出来
"如何，末日终有到来之日，这可是上帝的惩罚，还不投入天主的怀抱，请求宽恕？"
　　 实际上宇宙的热寂说本不足为信，第二定律简单地推广到整个宇宙空间未必适用，何
况我们还无法说出宇宙的边界究竟是怎样的情况。至于那些耗散到太空去的热究竟到哪里去
了，究竟又是怎样集结起来的，这期间牵涉到怎样的能量转化过程，当时的人们只能含混其
词"上帝自有他的道理"。这须得到二十世纪的新宇宙学发展之后，才能给出答案。
　　 热力学第三定理最简单的表述是：绝对零度可以无限接近，但永远都不能真正达到。
我们知道，物理学家开尔文曾经制定过一套热力学温标，与摄氏温标和华氏温标不同的是，
它规定的世界上的最低温度是绝对零度，换顺换算成摄氏温度是-273.16度。
　　 第三定律是在对低温进行时由德国的物理化学家能斯脱提出的，沿着这条路走下去到
二十世纪低温物理学便发展成物理学中门类最是庞大的一支--凝聚态物理，八十年代红极一
时的超导也是系出此门。
　　 热学的另一支统计力学走的与热力学全然不是一条路，它是建立在分子运动论和数学
上一大分支概率论基础之上的。
　　 分子学说自从古希腊的德谟克里特以来沉寂了千年之久，直到近世才被大化学家道尔
顿从故纸堆中翻了出来，而概率论来历更是古怪，最初居然是大数学家傅立叶从赌场中获得
的灵感。这样的两种理论结合在一起，又没有很强的实验来支撑，人们原来是不抱什么希望
的。孰料天下尽多蹊跷之事，统计力学轻易就推导出热力学三大定律，而且前提只有一条：
承认每个分子在各种不同的物理状态中是等几率分布的。
　　 这样一来热力学给出的是宏观上的现象，统计力学解释的是微观上的机理，二者实是
殊途同归。其实统计力学最大的意义并不在于把热学重新解释了一遍，而是第一次把概率论
的观点引入了物理学中，这在二十世纪物理学的革命中起了极端重要的作用，到今天每个物
理学家都能真切地认识到：我们这个世界是建立在概率基础上的。

电磁学是整个经典物理学辉煌到顶点的标志。早在古希腊时代人们认识到琥珀带电和磁石
吸引铁钉的现象，但也仅仅到两百年以前才突然发现电和磁是如何紧密地联在一起的。
　　 最早能把琥珀带电和天上的闪电想象成是一种物质的是美国人富兰克林，这在当时也
算是了不起的创见。自古以来人们就对电闪雷鸣抱有恐惧的心理，牛顿力学虽然解释了很多
现象，但对此却无能为力，因为这其中涉及到的不是引力的作用，而是另一种尚未知晓的力
--电磁力。
　　 富兰克林也是偶然注意到这一现象的，那一次在家中用一个存贮电荷的莱顿瓶做实验
，一不小心莱顿瓶漏电，当场将他身旁的夫人击晕了过去，这只怕是历史上第一次人造电荷
发生的事故。富兰克林赶忙将妻子扶起，心中却想，妻子倒地时浑身抽搐发青，倒似被雷电
击中的一般，只怕雷电多少和这莱顿瓶中的电荷有关。
　　 这富兰克林也是胆气豪壮之士，他专门找准了雷雨天放起风筝，金属丝线搭落下来，
火光四溢，旁人见了无不骇然失色，他却一边拽着风筝疾跑一边哈哈大笑，"我找到雷电的
成因了！"
　　 当时研究电流的强度实在没有什么好的仪器，富兰克林干脆就把电流通到自己身上，
如此强度就分成了三六九等，无感觉，麻木，抽搐，昏厥，再以上就觉察不到了，几次富兰
克林都险被击毙。物理学家大都极富献身精神，但象他这般涉身犯险，视生命直同儿戏的倒
也没几个，也正是在这些迹近拼命的实验下，电学的第一批数据建立起来了。
　　 第一个认识到电荷平方反比律的是应该算是英国的大物理学家卡文迪许。他出身贵族
豪门，照例卡文迪许这等身份的人或者出入官场，扬威域内，或者放浪形骸，寄情声色犬马
之中，可是他生性古僻，平时连生人都不愿见到一个，生平最喜好的事情便是在家里作各种
希奇古怪的实验。
　　 卡文迪许是第一等的大物理学家，实验作得固然是精度极高，理论上的功底也是不弱
，他在翻读牛顿的《原理》一书时看到牛顿的一个证明，一个小球悬吊在另一个空心球体之
内，受到的引力为零，这完全是因为万有引力与距离平方成反比之故。卡文迪许看到这里，
突然想到莱顿瓶的电荷可是只分布在表面，内部可是一点儿也没有，莫非电荷的作用力和引
力作用全然相同，都是遵守平方反比的规律，这也未免太过巧合了吧？
　　 此等联想乃是物理学中最是宝贵的直觉,在实验室中不分昼夜的埋头实验故是不易，呕
心沥血地推导出复杂的公式也属难得，但终究是及不上这电花火石般的一刹那，自牛顿的万
有引力发现以来最重要的一个猜想便这般诞生了。
　　 当时的实验条件很是简陋，但卡文迪许经过极细心的检验和论证，指出电荷间作用力
的形式如同： ，其中n在 之间，这是第一等的发现，但卡文迪许生性内向，所有的手稿都
锁在柜中了事，根本无意发表。一直到1785年，法国物理学家库仑设计出扭称实验，验证了
平方反比率，轰动了整个欧洲，但其精度尚还不及卡文迪许。
　　 卡文迪许终身未婚，只有他侄子继承了一大笔财产和一大柜手稿。他一生除了购置实
验仪器之外花费着实寥寥，他的侄子毕竟最通他心意，将此笔钱捐给剑桥大学彼得豪斯学院
实验室，这个实验室就是后来名闻天下的卡文迪许实验室，人类在那里第一次揭开原子的秘
密，前后在那里培养出诺贝尔奖金获得者共计二十六人。
　　 不过卡文迪许的侄子本人不通物理，倒拿那一大堆手稿没有办法，直到他本人也逝世
之后，手稿才流落出来，后世的物理学家读到之后才对卡文迪许的旷世才学又惊又佩。是他
最早精确测定了万有引力的常数，是他最早提出了电荷间的作用力和距离平方成反比，是他
在法拉第之先用实验演示了电容器的电容和填充的物质相关，早在欧姆定律公开发表的三十
年前他就发现了导体两端的电势和流过的电流成正比。在化学上他甚至享有"化学家中的牛
顿"的美誉，是他最早提出水是由氢氧两种元素组成的。
　　 更让人不可思议的是所有这一切全部都是他一人完成的，连一个助手都没有，更别提
创立什么学派了，他从来不与其他科学家交往，但英国科学界对他的尊敬是牛顿之后无人可
比的。
　　 库仑定理提出之后，静电学又进入了一个崭新的阶段，一些第一流的大数学家参加了
进来，其中便有高斯，格林，泊松等人。泊松是拉格朗日的得意高徒，他最先把数学中一整
套分析的办法引入到电磁学中来，高斯则把单电荷的库仑定理扩展到连续场中，格林则第一
次引入了电势的概念。
　　 静电学已经发展得很是成熟，与此平行的磁学也找到了类似的平方反比的作用力，但
究竟电和磁之间究竟有什么牵连几十年来都不甚明了。一直到电池问世，人们可以获得稳恒
的电流时，这个谜底才在1820年被丹麦物理学家奥斯特揭开。奥斯特也是偶然发现通以电流
的导线边上的磁针奇迹般地发生了偏转，这一发现当即轰动一时，当年的著名科学刊物《化
学和物理学年鉴》破例将他的论文全文刊载，附的编者按也颇耐人寻味："读者们一定都知
道，本刊从不轻易支持宣称有惊人发现的报告，至今我们仍以能坚持这一方针而自诩，然而
奥斯特先生的文章显然是个例外，他的结果看起来无论怎么光怪陆离，但每一个数据都是准
确无误的，谁也找不到丝毫漏洞。"
　　 奥斯特的论文很快被译成法文，英文和德文传便了整个欧洲，另一位大物理学家安培
接到消息之后大吃一惊，头脑中冒出的第一个想法便是磁体和磁体之间有相互作用，电流和
磁体之间也有相互作用，如此说来电流和电流之间也应该有相互作用的呀。电池发明并使用
的那么长时间，奥斯特效应摆在眼边都被漠视至此，已经是说不过去了，电流之间的相互作
用要是还找不到，岂不令我辈汗颜？
　　 他马上付诸实验，并于1820年9月18日找到了实验证据，并向法国科学院作了汇报，并
给出了著名的安培定律的表达式，而这仅仅是在奥斯特发现电流磁效应的第七天，电磁学的
在一个星期的时间里进境之快，当真令人瞠目结舌。

　　 物理学家们各个都在暗悔自己的粗心大意，下一个目标却是再也不能放过了，电流可
以产生磁，那么磁怎样才能产生电呢？但这个问题一搁置又是十年，直到英国的大物理学家
法拉第发现了电磁感应现象。
　　 法拉第的崛起才真正算得上是一个奇迹。这位从小生长在伦敦郊外贫民窟里的孩子，
一生所受到的正规教育不过才两年。连他自己都认为一生的最大出息也不过是一个出色的手
艺工人而已，可是当时万业萧条，连靠手艺吃饭都成梦想，不得已法拉第浪迹伦敦，什么样
的粗活重活都干过，包括打铁，喂马，送报，烤面包等等，最后的一份工作总算是固定下来
了，帮人装订书报。
　　 可是法拉第也算是不世奇才，那个印刷厂出版的多是科技图书，他在装订的间隙闲极
无聊，干脆读一些装订的书页为乐，开始他连字都认不全，但后来居然对其中的电和磁之类
的东西大感兴趣。下工之后，他经常在工友中宣讲自己对电磁学的理解，人人都听得昏昏欲
睡，唯独他意兴盎然，最后一位老工人劝他道："你和我们这些粗人有什么可说的呢，应该
去找那些吃白面包的人呀。"
　　 那些吃白面包的人都是上层人士，自己奈何能见到他们？再三思量之下，法拉第决定
的物理学家中却没有一个及得上他，是法拉第首先证实了电荷守恒，研究了光的偏振面在强
磁场中的旋转，揭示了抗磁性和顺磁性，在化学上也是硕果累累，他制造出包括苯，丁烯在
内无数的有机物，成功地液化了二氧化碳，氯气，二氧化硫等气体，接连不断地创出新的低
温记录。
　　 但所有这一切比起他提出的场的观念，都不免黯然失色了。法拉第的数学基础不好，
这是不争的事实。当时的物理学家各个都擅长用复杂的数学公式来表达物理思想，法拉第就
经常合不上拍，但他也有自己的一套办法，用图解的方法表示出电磁场的分布。法拉第称之
为力线，并在讲演中经常使用，开始大家都不免窃窃私笑，但没有人料到，这些力线实在是
牛顿时代以来物理基础理论的一次最重要的变革。
　　 在此以前人们的潜意识中都持有的是超距作用的观点，即物质之间相互作用的传递根
本是不需要时间的，力本身就是物质的属性，至于它怎样产生是无法说明的。
　　 这本来是牛顿的一家之言，只是牛顿威名过胜，后来人们一直便当天经地义一般。而
法拉第画出的力线则隐然包含了物质之间的作用力乃是通过场来传播的，场虽然看不见，摸
不着，但却实实在在的是一种物质，这不但为迈克斯韦的电磁场理论奠定了基础，而且对整
个二十世纪的物理学影响极深。
　　 法拉第曾著有《电学的实验研究》一书，由于书中公式寥寥，在当时抱有数学至上观
点的物理学界中反应平平，但法拉第毕生的思想精髓汇聚于内，后世得益于此书的有两个大
大有名的人物，其一便是大发明家爱迪生，他年青时在波士顿的旧书摊上买得一本，虽然页
数不全Ｚ这一节却倒是从未想过，心念一动，叫来同事帮忙，在另一个房间里他果然看到了
指针的偏转，登时目瞪口呆，兴奋得连欢呼都忘了。
　　 电磁感应定律发现又一次轰动了欧洲，法拉第也一朝成名。但法拉第在科学上的贡献
远远不止这些，他师从戴维，在电化学领域发现了电解第一，第二定律。在实验方面19世纪
的物理学家中却没有一个及得上他，是法拉第首先证实了电荷守恒，研究了光的偏振面在强
磁场中的旋转，揭示了抗磁性和顺磁性，在化学上也是硕果累累，他制造出包括苯，丁烯在
内无数的有机物，成功地液化了二氧化碳，氯气，二氧化硫等气体，接连不断地创出新的低
温记录。
　　 但所有这一切比起他提出的场的观念，都不免黯然失色了。法拉第的数学基础不好，
这是不争的事实。当时的物理学家各个都擅长用复杂的数学公式来表达物理思想，法拉第就
经常合不上拍，但他也有自己的一套办法，用图解的方法表示出电磁场的分布。法拉第称之
为力线，并在讲演中经常使用，开始大家都不免窃窃私笑，但没有人料到，这些力线实在是
牛顿时代以来物理基础理论的一次最重要的变革。
　　 在此以前人们的潜意识中都持有的是超距作用的观点，即物质之间相互作用的传递根
本是不需要时间的，力本身就是物质的属性，至于它怎样产生是无法说明的。
　　 这本来是牛顿的一家之言，只是牛顿威名过胜，后来人们一直便当天经地义一般。而
法拉第画出的力线则隐然包含了物质之间的作用力乃是通过场来传播的，场虽然看不见，摸
不着，但却实实在在的是一种物质，这不但为迈克斯韦的电磁场理论奠定了基础，而且对整
个二十世纪的物理学影响极深。
　　 法拉第曾著有《电学的实验研究》一书，由于书中公式寥寥，在当时抱有数学至上观
点的物理学界中反应平平，但法拉第毕生的思想精髓汇聚于内，后世得益于此书的有两个大
大有名的人物，其一便是大发明家爱迪生，他年青时在波士顿的旧书摊上买得一本，虽然页
数不全，却也是收益匪浅。晚年的爱迪生腰缠万贯，回忆起来仍认为当年买下法拉第的书实
是一生中最得意的一笔投资。
　　 另一个人便是旷世奇才迈克斯韦，电磁学在他手中才到了旁人想也不敢想的至高境界
，以他的姓命名的迈克斯韦方程组更是十九世纪物理学的一株奇葩，千载之后的人们忆及公
元1864年，首先想到的只怕不是轰动一时的美国南北战争，而是那几个朴素的方程。
　　 迈克斯韦出生于苏格兰的爱丁堡，自小沉默寡言，喜好的仅是数学和英文诗歌，同学
们都送给他一个外号"傻子"，但稍有眼光的老师都清楚这个孩子在数学上的前途不可限量。

　　 果然在16岁的时候迈克斯韦就写下了两篇论文《关于旋轮线的理论》和《论弹性的平
衡》，居然获得了在皇家学院会议上宣读的资格，但会议真正开始的时候却是由人代读的，
他还不过是个穿夹克衫的孩子而已，实在上不得台面。
　　 迈克斯韦在19岁那年进入剑桥大学学习，他的兴趣极为广泛，数学，物理，化学，哲
学方面的课都去听，不过他最喜欢的还是数学。一次著名的大数学家霍普金斯到图书馆去借
一本数学著作，管理员告诉他已经被一个叫迈克斯韦的学生借走了，霍普金斯心中暗暗称奇
，这本书艰难晦涩，全剑桥的数学教授也未必有几人能看得懂，而一个学生竟能聪明至此？

　　 自此迈克斯韦师从霍普金斯，水平又升上了一个台阶。数学自古希腊以来一直分为两
派，一派以毕达哥拉斯为鼻祖，崇尚抽象数学，并把数学看成纯粹的符号，另一派由法国的
笛卡儿，英国的牛顿等人继承了下来，他们强调的是数学的应用性，尤其在物理学中更是一
件犀利的锐器。很多大数学家，例如高斯，欧拉等人都是身兼两派之长，在纯数学和应用数
学中都有过光辉的贡献。
　　 而迈克斯韦在老师影响之下，走的是应用数学的路子，这是他一生中最正确的选择，
因为他有着比一般数学家强的多的物理直感。自古而来，数学家从事物理的鲜有大家，可见
两门学科的思考方式原本大大的不同，物理学家固罕见严密得无以复加的推理本事，数学家
也缺少简洁明快地直觉思维，但一朝突破这一障碍，那便是了不起的大师级人物，迈克斯韦
便是一例。
　　 迈克斯韦一生中的另一大幸事便是见到了法拉第，他们二人虽都是第一等的物理学大
师，但各方面相差仍是极远：法拉第自学成材，迈克斯韦则毕业于最负名望的剑桥大学，又
受业于霍普金斯这等大行家，法拉第的实验手段极是高妙，物理直觉更是胜人一筹，而迈克
斯韦的数学功底在当时也不做第二人想。而且这二人的年岁相差足足四十岁，可他们一见面
便似多年的老朋友一般，当真是无话不谈。
　　 法拉第虽然威名远播，但他的电磁理论很少有人问津，说起来法拉第既然发现了电磁
感应现象，又别出心裁地引入了场的概念，离电磁场方程的建立也就一步之遥，却偏就力不
从心，想必是数学功基太也不牢的缘故。迈克斯韦则刚好在这一节上拿稳了法拉第的接力棒
。


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麦克斯韦的这几个方程貌似拙朴，却是整个电磁学的精华所在，当时无论哪一个物理学家
看了都不免意动心折。须知电磁学发展到此也有百多年历史了，公式堆积得已经到了骇人听
闻的地步，然而无论是怎样眼花缭乱的公式，却都可由这几个方程一推便得。而且迈克斯韦
在这些方程中从数学家的美感出发，引入了位移电流的概念，这一手堪称绝妙，一代大师风
范隐然已现。
　　 后来英国的亥维赛等人将其改写为现在常用的标准形式，

　　在此形式之下迈克斯韦方程形式更显简洁，如果到类似于电荷的磁荷，方程将会更加完
美，在二十世纪为磁荷的寻找也曾激起过轩然大波。
　　 但这组方程中蕴涵的更深层次的道理只怕连迈克斯韦本人也未意识到。原来这种更完
美的对称竟是以破坏了迦利略变换为代价的，而整个牛顿力学的根基便建立在迦利略变换之
上。
　　 要么牛顿力学被修正，要么迈克斯韦方程被推翻，此外没有第三条路。能警醒地看到
这一点的人那自然更是了不起，他便是爱因斯坦，迄今为止真正能和牛顿比肩的巨人。他基
于美学的观点，肯定了迈克斯韦方程的同时动摇了牛顿力学的根基，并终于创造出震古烁今
的相对论，这些都是二十世纪以后的事情了。
　　 迈克斯韦根据他的方程作出最重要的预言便是电磁波,这在人类历史上是个了不起的里
程碑，此后电报，广播，电视，雷达等等才成为可能。但当时所有人都在嘲笑迈克斯韦那悬
乎其旋的所谓电磁波，从没有人在实验上找到它，甚至从从没有人想到过做相关的实验，数
学家笔下花哨的东西多半作不得准的。
　　 迈克斯韦本人也是心灰气沮之致，他原先兴致勃勃开授的电磁波理论的课，只有两个
人坚持听到最后。他身体原本羸弱，推导迈克斯韦方程那等艰辛的工作更是耗尽了毕生的心
血，在四十八岁便英年早逝，葬在一处不知名的墓地上。
　　 他逝世七年之后德国人赫兹验证了电磁波的存在，人们突然才想起这位"牛顿之后最杰
出的数学物理学家"迈克斯韦的功绩来，铺天盖地的荣誉呼啸而至。二十世纪量子论的提出
者，大物理学家普朗克这样评价道："他的名字永远镌刻在经典物理学的门扉上，永放光芒
。从出生地来说他属于爱丁堡，从个性来说他属于剑桥，从功绩来说他属于全世界。"
　　 迈克斯韦若是地下有灵，也该含笑九泉了。

　　 经典力学中的力，热，电，光四大分支中走过道路最是曲折的原是光学，其波动说与
微粒说之争，数百年之间几经反复，已在物理学发展史极所罕见，最后结局之奇，却是大出
所有人意料之外。
　　 牛顿本人对光学研究之深并不亚于力学，他最早通过三棱镜的色散观察到太阳光的色
散现象，制造出先进的反射望远镜。对于光的本性，牛顿是持微粒说观点的，他认为光线是
一些大小不同并且迅速震动的粒子组成，而这些粒子又是从发光物体那里一个个地发射出来
。
　　 微粒说很好地解释了光的直线传播规律，折射定理和反射定理。但胡克是持波动观点
的，所谓光就象水波一圈圈地传入人眼中，这一观点也得到当时法国的大物理学家惠更斯的
认同。
　　 第一场大论战就此爆发。牛顿先发制人，一下子扼住了波动说的要害，波动说首先不
能说明光直线传播，因为波的衍射现象是人所共知的，光线却何尝能够绕过障碍物，照到阴
影中去？其二也不能解释光的偏振现象。
　　 惠更斯也不甘示弱，指出光如果真的是微粒一类的东西，就会象飞行的子弹一般相互
碰撞，传播方向首先就确定不了，而且惠更斯借助包络作图法成功地解释了波的折射现象，
但牛顿对此视而不见，当时他与胡克的成见甚深，凡是胡克拥持的观点他都不遗余力地加以
反对。其实微粒、波动二说当时是各擅胜场，谁也不能压服对方。
　　 随着牛顿本人逐渐走上神坛，其创建的牛顿力学又是无往不胜，物理学家们大多对他
骇然敬服，微粒说占稳了统治地位也是意料中的事情，天才如牛顿何尝犯过错误？
　　 又过了将近一个世纪，在1800年英国物理学家托马斯·杨竟然冒天下之大不韪，旧案
重提，在提交到皇家学会的论文《在声和光方面的实验和问题》中指出光和声音一样都是纵
波，最显著的例证便是二者都有干涉现象。
　　 托马斯·杨的双缝干涉实验装置并不复杂，却极有说服力，任何支持微粒说的人看到
了都不免目瞪口呆。但皇家学会的保守传统由来已久，何况这次捍卫的乃是牛顿的理论，无
数的讥讽，嘲笑，漫骂将托马斯团团裹住，托马斯一人舌战群儒，竟是丝毫无退缩之意。只
是反方势力过强，托马斯也是心知肚明，他曾经花了好几年工夫写就的《关于自然哲学和机
械工艺的演讲》一书来支持波动观点，正如他自己坦然承认一样，"总共也只卖出去一本"。

　　 与此同时法国的另一位光学家菲涅尔在对杨氏实验毫不知情的情况下，当把一根又细
又直的线放在点光源的光束中，意外地在屏上观察到彩色条纹。菲涅尔马上联想到当年惠更
斯的理论，引入了波前和子波的假说，成功地推导出光的衍射规律，为波动说找到了另一半
证据。
　　 但波动说在法国的命运相比英国也未见好到哪里去，菲涅尔提交的报告落到拉普拉斯
、泊松这些一等一的数学物理大师手中。菲涅尔当时的数学功底尚浅，泊松等人立时找到了
不少缺陷，接着就将原稿退回，也不管其中物理思想的是非。
　　 菲涅尔毫不气馁，他将数学上大大改进之后静待时机。在1818年，法国科学院举办了
一次规模空前的科学竞赛，题目是如何用精确的实验来确定光线的衍射效应。菲涅尔将更新
后的稿件寄出，当真不是冤家不碰头，该次评委会的主席又是泊松。
　　 不过这一次菲涅尔的数学上实在无懈可击，泊松大为踌躇之余，对菲涅尔却也是刮目
相看。一夜长考之后，泊松在假设承认菲涅尔衍射理论的情况下，居然推导出在一个圆盘的
衍射花样的中心应该出现亮斑。他大笑着掷下笔从坐椅中直起身来，"怎么会有此等荒唐的
事情，一个圆盘映在墙上的影子中心居然是个亮斑？"
　　 泊松的笑声未消，实验方面传来的消息把他惊得半晌说不出话来，确实在影子中心观
察到了亮斑！当时那些久负盛名的光学家们都不免暗叫惭愧，如此重要的现象任由眼边溜走
达百余年之久，未免太也说不过去。
　　 托马斯的干涉，菲涅尔的衍射，泊松的亮斑都使人们意识到波动说的正确性，紧跟着
光的偏振，双折射，旋光等现象都找到了令人信服的解释，波动说更是被确认无疑了。
　　 支持微粒说的人一下子成了少数派，但他们的反诘也是咄咄逼人。我们都知道波的传
播都是需要媒质的，声波借助的是空气，水波的媒质就是水，但光线能从无穷远的恒星传过
来，媒质又是什么呢？
　　 波动说的支持者认定是一种充斥于宇宙空间的以太在起作用，可是这种以太的性质也
太过离奇，它应该是一种能产生切向力的胶体，偏偏弹性模量比钢还要大，究竟是怎样的波
才能传输在这样的媒质中呢？
　　 这个谜团一直到电磁波理论出现之后才被揭开。迈克斯韦生前曾深入研究过电磁波，
一个惊人的预言便是电磁波传播的速度和光完全一样，每秒30万公里。他只差就没说出口，
光就是电磁波！
　　 当时电磁波本身是否存在还是个问题，人们也没有在意，但当电磁波存在的消息被证
实之后，人人都是恍然大悟，光本身就是电磁波，电磁波也有诸如折射，反射，衍射，干涉
，偏振等与光一致的现象。
　　 光是电磁波的消息传出，物理学家们各个喜形于色。最后这道谜题的解出不但为波动
说和粒子说最终定案，而且标志着经典力学已经到完美无及的地步了。众人都是一般心思：
打开香槟痛饮一番，我们物理学家的使命到底是完成了！
　　 连英国皇家学会会长汤姆逊先生都放出话来："力，热，电，光物理学的四大根基已经
稳稳地扎牢，上帝的奥秘我们全然知晓，现在我们的任务应该转到具体而细致的技术工作上
来，物理学本身也会由于丧失新奇性而味同嚼蜡。"
　　 但真的就这样完了么？
　　 早在1888年赫兹就观察到紫外线照射到金属上时，会令金属发射出带电粒子，汤姆逊
等人又证实这种带电粒子便是电子，是称光电效应。但依照光的电磁波理论，却是无论如何
也说明不了光如何具有如此的能量将电子打将出来，而整个作用时间又何以短得不可思议。

　　 波动说隐然又被蒙上一层阴影，倒是废弃已久的微粒说可以很好地自圆其说。何况电
磁波本身还有未解决的问题，诸如黑体辐射中的紫外发散，就令第一等的专家也是一筹莫展
。
　　 更要命的危机是以太怎么也找不到！
　　 人们时空观自牛顿以来就无有丝毫变更，宇宙中存有一个绝对静止的空间，任何其他
参考系和它对照才能判断是惯性系或者非惯性系。电磁波的存在则认定宇宙中充斥的以太便
是和这个绝对空间连绑在一起的，我们只需测得地球相对于以太的运动，便可探知地球相对
于那个绝对空间究竟是怎样的运动情形。
　　 这在当时被认为是物理学中的最后一件盛事，而且由于迈克尔逊干涉仪的发明大大增
强了人们的信心，这种新型的光学仪器测量精度之高亘古未见。
　　 然而精度愈高，测量的结果愈是令人寒心不已，无论怎么都丝毫感测不到地球相对以
太的运动，换句话说，以太也好，绝对空间也罢，都只怕是幻梦一场。一些有识之士在漫天
的叫好声中却开始冷汗涔涔，这座经典物理的大厦看似威风凛凛，富丽堂皇，实则地基处就
存有极大的缺陷，弄不好千年基业一朝便会灰飞烟灭。
　　 此时，历史的车轮已经缓缓驶入了二十世纪。





　　　　 1919年5月29日清晨，巴西南部一个叫做索不拉尔的偏僻村庄里。太阳刚刚升起。
上帝赐予了当地人永久的宁静，在他们眼中，世界不过是蓝天，麦田，草原，绵羊，仅此而
已。甚至刚结束的硝烟弥漫的第一次世界大战仿佛也是天边的传说。
　　　　但他们还是一大早就被人吵醒了，门口来了一队行装古怪的外国人。有的操着蹩足
的葡萄牙语向他们问好，有的打着手势借水喝，更多人在忙着架设天文望远镜和照相机。
　　　　中午时分，灿烂的阳光慢慢开始变暗，本世纪一次著名的日全食发生了。围观的人
群骚动了起来，纷纷在胸口画着十字，有人急忙去找牧师，而那些外国人则胸有成竹地开始
进行观测。
　　　　他们是一支天文观测队，来自遥远的英国，此行的目的是验证一个德国人的奇怪理
论。
　　　　很快数据得到了处理，而且底片也冲出来了。
　　　　领队的教授是一个标准的英格兰绅士，虽然绅士们最推崇沉着冷静的作风，但是教
授的目光明显流露出期待和不安。当他将湿漉漉的底片放在灯下时，很快教授先生的手连同
大胡子都激动地抖了起来，宇宙有界还是无界，我们所属的空间平直还是弯曲，牛顿思想胜
利还是被颠覆，都取决这几张小小的底片了。他深吸一口气，睁大了眼睛。
　　　　很快，即使离屋子五十米以外的地方都可以听到一声毫无风度的嚎叫：“我的上帝
，难道那个叫爱因斯坦的德国人到底说中了？！“
　　　　在两张重叠的底片上可以清晰地看到一条笔直的星光在穿过阴影中的太阳时，竟然
发生了偏转，偏转角是1.7秒。

　　　　 英国皇家学会的大厅里，坐满了英伦三岛的科学精英。他们有的可能意识到这会
是个不平凡的日子，特地换上节日才穿里的西装。
　　　　当大会主席汤姆逊爵士，扶了扶眼镜，慢吞吞地宣布这次大会的议题是《广义相对
论在天文学上的验证》时，底下的学者们就开始窃窃私语，而后声音愈来愈大，有的甚至不
等主持人的召唤隔着橡木桌就站起来大声辩论，汤姆生几次摇玲试图控制局势都未成功，他
遗憾地摇摇头，向旁边的几位委员尴尬地笑笑。
　　　　但是当著名的天文学家爱丁顿勋爵，这次天文测量的总领队出席在会场时，下面顿
时静了下来。他满脸风尘，声音低哑而且发言简短，但纵使会场离他最远的人也听清了这样
几句，“……铁一般的事实……光线弯曲了……与爱因斯坦博士的计算结果完全一致……“

　　　　会议开到很晚，没人提前退出会场，甚至没有人站起来发言。鲜红的地毯，昏黄摇
曳的烛光，将沉思中的学者们的脸衬得或明或暗。没人感到饥饿，没人感到倦意，更为糟糕
的是工作人员似乎也受上了物理学家风范的影响，粗心得连晚餐也忘了上。但人们根本顾不
上这些，从白发班驳的老学究，到颇富朝气的新锐，都在默默地思考着，激动着。
　　　　无论是赞成派还是反对派，都清楚这的确是重要的一天，不仅二十世纪物理学的一
代巨人就此崛起，而且是他，爱因斯坦，亲手抡起大槌，将牛顿苦心创建，业已竣工百年的
经典物理学的大厦砸开第一道裂纹。
　　　　牛顿也错了？物理学就此混乱？末日就此到来？呵，依撒克．牛顿，我们心中的神
祗，我们都是你忠实的追随者，你会怎样指示我们呢？人们纷纷把目光投向大厅正中牛顿的
巨幅画像上。
　　　　牛顿不说话，他只是高深莫测地笑着。

　　　　 在伦敦，第二天影响甚大的《泰晤士报》头版头条的报道是《光线弯曲了，牛顿
神话的破灭》，盛赞爱因斯坦是继牛顿之后的最伟大的物理学家，他更正了人类的时空观，
拓展了人类的思维世界，并且断言他的相对论产生的影响决不会只囿于二十世纪。很快，从
踯躅在伦敦街头的商贩，到面目黝黑的煤炭工人，都隐约知道了科学界最近发生了惊天动地
的事，至于对其它人有什么影响，一时还领悟不到。毕竟，这离相对论的副产品之一──原
子弹的诞生，还有漫长的二十六年。
　　　　 在大西洋彼岸的纽约，惯用哗众取宠手法的《纽约时报》的头条标题是“俄国爆
发革命“，但接下去以更大的标题写道：“爱因斯坦的胜利“，“恒星在不在它们应在的位
置上出现，但是似乎不必担心。“按照他们的报道，公众们已开始怀疑九九乘法表的正确性
，学生们则开始拒绝作几何题，又据称，爱因斯坦在把他的著作交付出版商时，警告说全世
界仅有12个人懂相对论，但出版商乐于承担这个风险。
　　　　 在巴黎，沙龙里“相对论“立时成了最时髦的词语。雍容的女贵族可以一边抚着
怀中的哈巴狗，一边和女友们眉飞色舞地谈论“相对论“，如同在谈论昨夜刚上演的歌剧。
她们并不需要纸和笔。
　　　　 在柏林，官方机构正在为难是否宣传这位并不是日尔曼人而是犹太人的传奇科学
家的时候，大街小巷的啤酒馆里的人都在神秘而兴奋地谈论着爱因斯坦和他的相对论。是的
，自从一战以德国的惨败而告终后，很久没有这样激动人心的话题了。一个德国人能受到战
胜国的推崇，真是少见。一夜之间，即使是小学生也把爱因斯坦那著名的公式 写入了练习
簿。
　　　　1919 第一次世界大战的硝烟刚刚散尽。为民族主义所鼓动的人们在狂欢或狂悲过
后，却发现轰轰烈烈的一战除了大口径重炮，齐柏林飞艇，满目疮痍的建筑物和以百万计亲
人充当的炮灰以外，委实没有剩下什么。理性终于在人们的冷静中回归，科学再度被摆上至
高无上的地位。
　　　　不管怎么讲，1919年的爱因斯坦如日中天。
　　街头的电车刚刚停稳，就下来一个穿褐色风衣，头发凌乱的中年人。刚才在电车上，警
惕的售票员几乎把他认作小偷，因为他实在很少见这种脖子上扎着领带，脚下穿着拖鞋的人
。不过要是他知道这就是大名鼎鼎的爱因斯坦教授，一定会惊讶得说不出话的。爱因斯坦先
生刚刚从他朋友洛仑兹教授的电报里得知广义相对论被证实的消息，他不过微微一笑，自然
，一切都在意料中了。
　　　　心情毕竟很好，他边走边哼着舒伯特的小夜曲，但是没过多久声音就小了下去。爱
因斯坦，这位历史上出名的智者，又一次晃着硕大的头脑陷入沉思，他在想些什么呢……

　　1879年3月14日，阿尔伯特．爱因斯坦诞生于德国南部一个宁静的小城乌尔姆。和牛顿
一样，这个注定要震撼世界的人的童年并未有任何特异之处。
　　　　 他的父亲海尔曼．爱因斯坦虽说是一位商人，但是他年青在学校里展现的数学方
面的才华是有目共睹的。而他的母亲艾尔莎则是音乐爱好者，并经常在家庭聚会大声朗诵席
勒的诗篇。父亲的数学才华加上母亲的艺术天赋，照理小爱因斯坦应该聪颖过人。然而这个
孩子天生沉默寡言，以致忧心的母亲一度怀疑他是否有智力障碍。
　　　　 但是当他的母亲奏起钢琴时，小爱因斯坦就会侧过脑袋倾听。他的湛蓝的目光显
得很是深邃，孩子显然是听懂了。这就是美呀。也许他毕生所追求的自然界和谐的美就根源
于此。
　　　　 很快爱因斯坦就发现小城的环境并不适合他。弯曲而狭窄的街道，庄严的哥特式
教堂，威武雄壮的炮台，这里似乎更适宜培养出一批热血的日尔曼战士，而不是他这种视自
由为生命的思想家。在宏大的阅兵式上，普鲁士军官刻板的军令，士兵们单调的步伐，往往
成为孩童们模仿的对象。而这时可怜的爱因斯坦紧张地抓住大人的手，他要回家。军号和刺
刀是他厌恶了一生的东西。
　　　　 在学校的情况似乎也妙不到哪里去。他是一个犹太人，而欧洲排犹的习俗由来已
久。周围同学有意无意的伤害，使小爱因斯坦更加孤僻。老师们也没有注意到蜷在教室一角
的他，在老师看来，不能掌握拉丁文语法的孩子是没有前途的，而且小爱因斯坦回答问题时
总显得很迟钝。他们并不能理解这是爱因斯坦思考比同龄人深刻得多的缘故。
　　　　 这期间也发生了触及爱因斯坦终生的事。
　　　　他的父亲送给小爱因斯坦一个罗盘针。不管他怎么拨动指针，它永远只朝一个方向
。这在大人们看来是司空见惯，但在孩子的眼里充满了神奇，一定有什么神秘的力在推动它
，怎么才能找到这种力呢？孩子为这苦恼了一段时间。
　　　　在他升入中学的时候，他第一次接触到了几何。这更是一个充满魔力的世界。书上
各种复杂的定理归根到底由几个公理推论而出，一切是那么的简明，而证明过程又严格得无
可挑剔，自然界有它独特的秩序美。
　　　　更令小爱因斯坦惊奇的是自然界竟也会骗人！人们通过粗浅的直觉经验得来的结论
往往是那么的不可靠。上帝不仅淘气，而且吝啬，他经常会把真理象皮球一样踢向更深处，
然后转过身向人们扮个鬼脸。人类对真理的追寻如同与上帝的角力。“或许我们对世界的看
法根本就有偏差，因为它不过是建立在几个公理之上的，如果这些公理本身也有漏洞呢？“
当小爱因斯坦摆弄着圆规和三角板的时候，心中升起这样的念头。当然他没有说出来，说出
来也只会导致大人紧张地伸出手去摸他的额头，没有人相信若干年后这个羸弱的孩子会轻轻
掀翻整个人类的世界观。
　　　　对于爱因斯坦而言，长期音乐的熏陶赋予他美感与想象，对常见事物的深思训练了
他的洞察力，而几何题迷宫一样的推理使他的思路更加缜密。他无疑是幸运的。
　　　　然而爱因斯坦还是不能足够敏锐地回答老师的问题而遭白眼，还是不得不交出自己
精心制作却依旧丑陋的泥捏小板凳而遭同学们嘲笑，拉丁语的课文念得结结巴巴，算术考试
也由于马虎而错误百出，整个少年时代，学业不过平平。

　　　　 从1896年到1900年，爱因斯坦求学于瑞士苏黎士工业大学，这是他一生中十分平
静和惬意的地方。
　　　　 瑞士立国数百年，自由的氛围欧洲无国可及。爱因斯坦在这里听不到士兵们无休
止的冲杀声，空气清新，阳光也分外的和媚，即使巡逻在街头的警察也是步履缓慢，眼角蕴
含着笑意。
　　　　 在这里，爱因斯坦的自由散漫发挥到极致。他可以穿着拖鞋进出教室，可以蓬头
垢面地整天窝在实验室，可以和同学们在一起自由讨论，可以不去上自己不喜欢的课。他甚
至对数学这样重要的课都去敷衍。在他当时看来，物理世界是简单而优美的，上帝只垂青1
，2，3，4，而数学只是徒增形式上的复杂。这甚至影响他多年以后的研究工作。
　　　　 用现在的眼光看来，当时无论数学还是物理都发展得远不够充分。到二十世纪末
，我们才发现数学和物理交叉愈来愈深。以前只是物理简单地从数学中寻找工具，而现在甚
至物理可以导致数学中的突破。
　　　　 我记得在一次报告中，诺贝尔物理奖获得者李政道博士伸出双手，这样说道：“
物理学和数学犹如一根树枝上的两片叶子。“
　　　　 可是一般说来, 极富洞察力具有哲学家气质的人，并不一定很胜任细琐而又精密
，逻辑性强的数学推理工作。
　　　　 从来没有人能兼两者之长，牛顿不能，爱因斯坦也不能。
　　　　 更主要的是爱因斯坦发现展现他面前的数学分支繁复，数论，几何，拓扑等等，
任意一门就会耗尽一生的精力。这情形犹如布里丹之驴。这头可怜的驴子因为摆在它面前的
两堆稻草同样厚而无法选取吃哪一堆，最终活活饿死。
　　但是，爱因斯坦很快就要为自己的选择付出代价了。考试之前，他对着自己散乱不堪的
笔记发愣。幸好他的老朋友格罗斯曼先生是一个生来与爱因斯坦处处相反的人，他的笔记和
他的人一样，光鲜齐整，一丝不苟。当爱因斯坦在发展广义相对论时发现几何知识欠缺而找
其时已为数学教授的格罗斯曼援手时，这已经是十几年以后的事了。
　　　　 爱因斯坦用格罗斯曼的笔记马虎对付了考试，但这并未改变老师对他的看法。在
教授们眼中，他懒惰无比，性格怪僻，而且他是唯一与教授打招呼用“喂“的学生。这也是
爱因斯坦虽然聪明绝顶，却不谙世事，天真得如同孩子的缘故。
　　　　他的数学老师闵可夫斯基看见爱因斯坦从实验室里衣冠不整地跑出来，便将他挡住
：
　　　　“爱因斯坦，你也许是个聪明人，但你决不适合搞物理，为什么你不尝试一下其它
职业，比如学医或者法律呢？“
　　　　“也许吧。“爱因斯坦淡淡地回答道。
　　　　仅仅几年后，闵可夫斯基为他“并不勤劳“的学生的狭义相对论摇旗呐喊，并为此
名动四海时，一位记者不合时宜地问道：
　　　　“教授先生，您何以曾断言爱因斯坦不适合从事物理工作呢？“
　　　　 “他太懒了，至少在当时。“教授耸耸肩。
　　　　不幸的是这位闵可夫斯基先生不久就身缠沉疴，临死前曾大发感慨：在相对论刚出
世的年月就死去，真是可惜呀。

　　　　也不能说爱因斯坦在这几年无所事事，他主要的精力花在实验室里，当时全世界的
物理学家都在疲于奔命地寻找以太，他也曾设计过几个实验，显而易见，简陋的条件和根本
不存在的以太使他的努力徒劳。
　　　　他也经常和他的朋友们去一个叫做“都会“的咖啡厅 。他们在这里经常进行哲学
笔记发愣。幸好他的老朋友格罗斯曼先生是一个生来与爱因斯坦处处相反的人，他的笔记和
他的人一样，光鲜齐整，一丝不苟。当爱因斯坦在发展广义相对论时发现几何知识欠缺而找
其时已为数学教授的格罗斯曼援手时，这已经是十几年以后的事了。
　　　　 爱因斯坦用格罗斯曼的笔记马虎对付了考试，但这并未改变老师对他的看法。在
教授们眼中，他懒惰无比，性格怪僻，而且他是唯一与教授打招呼用“喂“的学生。这也是
爱因斯坦虽然聪明绝顶，却不谙世事，天真得如同孩子的缘故。
　　　　他的数学老师闵可夫斯基看见爱因斯坦从实验室里衣冠不整地跑出来，便将他挡住
：
　　　　“爱因斯坦，你也许是个聪明人，但你决不适合搞物理，为什么你不尝试一下其它
职业，比如学医或者法律呢？“
　　　　“也许吧。“爱因斯坦淡淡地回答道。
　　　　仅仅几年后，闵可夫斯基为他“并不勤劳“的学生的狭义相对论摇旗呐喊，并为此
名动四海时，一位记者不合时宜地问道：
　　　　“教授先生，您何以曾断言爱因斯坦不适合从事物理工作呢？“
　　　　 “他太懒了，至少在当时。“教授耸耸肩。
　　　　不幸的是这位闵可夫斯基先生不久就身缠沉疴，临死前曾大发感慨：在相对论刚出
世的年月就死去，真是可惜呀。

　　　　也不能说爱因斯坦在这几年无所事事，他主要的精力花在实验室里，当时全世界的
物理学家都在疲于奔命地寻找以太，他也曾设计过几个实验，显而易见，简陋的条件和根本
不存在的以太使他的努力徒劳。
　　　　他也经常和他的朋友们去一个叫做“都会“的咖啡厅 。他们在这里经常进行哲学
话题的探讨，一次同学介绍了马赫的作品《力学》给他。马赫是对牛顿的经典力学开炮的第
一人，他尖锐地抨击了牛顿绝对空间和绝对时间的观念。
　　　　爱因斯坦如获至宝，马上拿回去通宵阅读。马赫的思想赫然如黑夜中的明星，空间
也是绝对的，时间也是绝对的，既然都是绝对而孤立的，那么我们怎么能感觉到时间和空间
的存在呢？
　　　　夜已经很深了，爱因斯坦屋内的灯光依旧闪烁，这位思想的巨人，又开始磨砺他的
旷世利剑了。


当爱因斯坦走出校门，却悲惨地发现自己毕业即失业，而且父亲在意大利办的公司也破了
产，丝毫帮不上忙。他曾努力地申请留在苏黎士工业学院教书，但是高高在上的教授们冷漠
地拒绝了他。没有人喜欢一个离经叛道的斗士。
　　　　 秋天晚上的瑞士已颇见寒意了，我们的爱因斯坦先生披着深色的风衣，手中的旧
皮箱里盛着全部的家当，凉风拂着乱发，静静地走在漫长的街道上，路灯划下斜斜的影子。

　　　　真是安静呀，事实上终其一生，爱因斯坦都是在这种静谧中度过，这不仅是指外部
环境上的，更是他内心深处的。无论他是在日内瓦时的穷困潦倒，或是在柏林时的誉满全球
，还是在普林斯顿时的无人喝彩，孤独的感觉始终如影身随。
　　　　后来他曾反复说过自己最希望的职业是看守灯塔，汹涌而漆黑的海面上一盏明灯，
指引了航船的同时也照亮了自己的内心，那里更象是一间祈祷室，可以静静地聆听上帝的指
示。他甚至不愿意接受作为教授这项职业所领的薪水，而宁愿把物理学研究作为业余爱好。
看来显然是受了中世纪的大哲学家斯宾诺沙的影响，这位先哲的正式职业是在荷兰阿姆斯特
致电磁波的发现。爱因斯坦看中的是公式本身具有完美的对称性，但是显然这种协变性与牛
顿的经典理论是相冲突的。
　　　　 比方说，按照牛顿力学的观点，如果一个人站在速度为20米/秒的车上以相对于车
以10米/秒的速度向前抛出一个皮球，在地面静止的人来看，球的速度是20加10等于30米/秒
。任何初通物理的人都会得出这个结论。然而，我们知道光也是一种电磁波，它在真空中的
速度是30万公里/秒，如果那个站在车上的人拿的是支手电筒，那么在地面上的人看来，光
的速度是多少呢，还是30万公里/秒加上20米/秒吗？还能简单地叠加吗？
　　　　 要是你以30万公里/秒的速度追上一束光，你会看到怎样的景象呢，你会看到光波
在原地不动地抖动吗？
　　　　 爱因斯坦进行了一次冒险，他宁愿为了从对称性这种单纯的美学观点出发，而放
弃掉人们习以为常的经验。他也是信仰上帝的，但他不是信仰那个只手捏控人类命运的上帝
，而是那个在万物的有序和谐中显示出来的上帝。

　　　　 我们称之为冒险，是因为仅仅在几十年后，两个在美国留学的年青人在研究基本
粒子中"t-q之迷"的时候，提出的"在弱相互作用中宇称不守恒"理论，简单地说就是对称性
的破坏，在当时激起轩然大波，按照普通美国人的解释是他们又推翻了爱因斯坦的相对论。
事实上推翻的不是相对论，而是从古希腊文明以来人们对自然界恒久抱有的美丽幻想。仿佛
无数物理学家费劲心机终于战战兢兢揭开上帝──这位梦中情人头上的面纱，却失望地看到
一张坑坑洼洼的老妪的脸。
　　　　 这两个值得全人类骄傲的年青人都是中国人，他们一个叫李政道，一个叫扬振宁
。

　　　　 观念上的重大修改无疑引起很多麻烦，对于新观念的创始人来说更是如此。很快
爱因斯坦的头脑里塞满了以太，量子，时间，空间这些东西，以至于给他的孩子小汉斯拿着
奶瓶喂奶时也时常走神。而逻辑上的混乱让爱因斯坦更是无所适从。
　　　　他疲倦地从办公室回到家里，头脑里天旋地转，然而凭直觉爱因斯坦逐步认定有种
极平常的经验在作祟，究竟是什么呢？他越想越困，眼睛慢慢快要阖上了，这时，厨房里传
来妻子米列娃的呼唤，"阿尔伯特，吃饭的时间到了，还不快收拾桌子？"
　　　　 "时间！？"宛如流星划过脑际，爱因斯坦几乎从椅子上跳将下来。他匆匆翻开牛
顿的《自然科学的哲学原理》。在上面牛顿以确凿的口气写道：
　　　　"绝对空间就其本性来说与外界任何事物毫无关系，它永远是同一的，不动的。"
　　　　 "绝对的，真实的数学时间本身按其本性来说是均匀流逝的，与外界的任何事物无
关。"
　　　　"在运动系和静止系坐标变换时，显然，时间是不变的。"
　　　　不会是这样的，一定不是这样，爱因斯坦一边埋着头，一边踱着步，一个在运动着
的车上的人看到的时间，与在地上静止的人看到的时间未必相同，嘿嘿，根本不存在绝对的
空间和绝对的时间，既然如此，我们费力寻找的以太，刻意想测量出地球相对于绝对空间的
速度，都是徒然。以太不是找不到，而是根本就不存在！！

　　　　 在一个月内，名不见经传的爱因斯坦向德国最有声望的杂志《物理学年鉴》（Ann
alen der Physik）发表了四篇论文。他挑出分量最轻的一篇，内容是通过中性物质的稀溶
液的扩散和内摩擦来测定原子的大小，寄给了他的母校苏黎士联邦工业学院，毫不费力地取
得了博士学位。另一篇是关于研究悬浮微粒的布朗运动的，也开辟了一个新方向。
　　　　第三篇是著名的光电效应，历史上第一次提出光量子的理论，在发展与相对论并称
二十世纪物理学两大基石的量子力学中意义重大，几年后单凭此而不是相对论就获得诺贝尔
物理奖。其实就爱因斯坦的贡献来看，一生完全可以五次登上诺贝尔奖的领奖台。光量子理
论；狭义相对论；广义相对论；统计物理中的玻色──爱因斯坦凝聚；还有我们熟悉的激光
的理论工作也归功于他。
　　　　第四篇的论文名字很朴素，叫《论运动物体的电动力学》。然而稍通物理学史的人
都知道这是一篇惊世骇俗的文章，它宣布了狭义相对论的诞生。在这篇文章里，爱因斯坦没
有卖弄令人目眩的数学技巧，平实而又深刻是爱因斯坦论文的一贯风格。读懂它并不需要高
深的数学知识，但更需要革命性的思想和与日常经验决裂的勇气，尤其是在当时。
　　　　 爱因斯坦提出的假设很简单，第一，我们无法确定相对静止的物体到底是处于静
止状态还是匀速运动状态。因为绝对静止的空间不存在了，一切静止都是相对的。第二，光
在真空中的速度永远不变而且不可超越，它与光源的速度无关。也即，对于站在地面上的人
看，20米/秒的车上发出的光和即使以光速飞行的火箭（当然是不可能的）上发出的光的速
度是一样的，均为30万公里/秒。
　　　　 从这两个假设出发首先得出的古怪结论是：所谓"同时"是相对的！假设我们站在
地面上，一架飞机从我们面前匀速飞过。在我们地面上的人看来，我们右边的人挥起手的"
同时"左边的人弯下腰，而在飞机上的人则坚决不这样认为，他们认为我们右边的人先挥手
，而左边的人后弯腰。与此相反，在飞机上的人认定机头处空中小姐不小心打破只碟子的"
同时"机尾处的乘客点燃支香烟，而地面上的人异口同声地说碟子先落在地上然后香烟才被
点着。
　　　　 荒谬吗？我奉劝各位不要带着秒表上飞机一证真伪，因为"同时"事件在另一群人
眼中的时间差是千万分之一秒，你可不具备那个反应能力。而这又是由于飞机的速度尽管达
到几百米每秒，比起光的速度，30万公里/秒，还是望尘莫及的。不过这样也不错，至少平
时说"这两件事同时发生"时不用再地加上诸如"在我们这群相对静止的人看来"之类的复杂状
语了。
　　　　 为了更好地解释狭义相对论，爱因斯坦设计了一个著名的思想实验。所谓思想实
验，就是在地球上的实验室无法实现的条件下作的假想实验，因为跨入二十世纪以来，人们
对通常状态下的物质研究几乎穷尽，动辄就研究绝对零度的低温或者上亿度的高温，速度接
近光速的运动或者万万分之一米长度的空间。这对爱因斯坦这位思想大师来说轻车熟路，并
很快成为他在学术上进攻或者防守的利器。
　　　　 爱因斯坦这样假设："观察者M站在铁路边上，在沿火车前进方向上有一个点B,在
运动相反方向同样距离上有一点A，某一时刻A和B同时闪电，观察者M自然认定这两个点是同
时闪光的，因为光的传播速度不变，而他又恰好站在两个闪光点的中心。"
　　　　 "假定在闪电时，有一列车从A点到B点方向运动。在两道闪电的一刹那，在火车内
的观察者N恰好在与地面观察者M相对的位置上，但N正向闪光点B运行，而离开闪光点A,自然
他看到B点的闪光比A点的早，但他知道他是在运动中的，根据自己运动的速度，也很容易得
出两道光是同时发生的结论。"
　　　　 但根据前面两个基本假设，同样可想，火车是静止的，而地面正在向后运动。因
此，火车上的观测者N是相继看到那些闪光的，因而他得出B点发光比A点早的结论。他又知
道自己的位置是在两个闪光的中间，由于他认为自己是静止的，所以他不得不断定他看到的
头一个闪光比他看见的下一个早。"
　　　　 有趣的是地面上的观测者M也不能不同意这个结论，他的确看见两个闪光是同时发
生的。但既然现在他是被假定运动着的。当他考虑到光速和他是在向发光的A点运动着这一
事实，也作出B点闪光比A点早的结论。
　　　　 总之一句话，对于闪电是否同时发生的问题，我们不能一口咬定是或不是，而是
要就选定的参考系来回答。



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你可能已经迷惑了，但再往下推导更会导致你意想不到的结论。比如说"尺缩效应"和"钟
缓效应","质增效应"。"尺缩效应"指在你面前有把尺子，当它相对你运动的时候，你会发现
它的长度缩短。
　　　　 而"钟缓效应"指在运动的参考系里时钟会变慢。比如，在地面上和飞机上各有一
人手那时钟，这时飞机上一只鸡蛋落在机舱的地板上。从鸡蛋脱手的那一瞬间开始，机上和
地上的人同时开始记时，到落地时止。结果是地面上的人测出的时间长一些。换句话说，在
地面静止的人看来，处于运动状态的物体时间变慢。
　　　　 "质增效应"是指运动中的物体质量增加。譬如一筐一斤重的鸡蛋，如果它飞得足
够快，我们在地面上静止的人称来重量会达到五斤。它飞得更快的话，会毫不犹豫地将地球
上最大的磅秤压歪。但它永远也到不了光速，不光是鸡蛋，任何有质量的物质的速度都绝对
达不到光速。光也是一种物质，它的速度之所以能臻极限，原因就是光本身静止时是没有质
量的。当然，你若据次推理出质量越小的物质跑得越快，显然是荒谬的。
　　　　 至此相对论的费解可见一斑。而在爱因斯坦出名后，有一段时间里很多人在"弄懂
"了自己的相对论后，忙不迭地再向自己的亲友介绍。
　　　　 还是有部分人自始至终地困惑。一次，一位大学生找到爱因斯坦请教为何时间时
快时慢。爱因斯坦不愿再制造玄想，他的幽默发挥了作用，"朋友，当你夏天坐在一个火炉
旁，你会觉得一分钟是一小时，而当你坐在一个美丽女郎身边时，一小时就象一分钟，难道
不是这样么？"
　　　　大众媒体对相对论也异乎寻常地加以关注。从牛顿时代以来，观众们第一次渴望了
解高高在上的物理学家们到底在弄些什么，虽然其中猎奇的心情远重于对科学精神的景仰。
很多哲学家，神学家，印象派画家，现代派诗人，专栏作家，以及各行各业的人纷纷在报刊
杂志上撰文用自己的语言表达自己对相对论的理解和认识。
　　　　 最后推导出来的公式更是威力惊人，它是由爱因斯坦在发表狭义相对论后一个月
在另一篇论文中提出的，在今天则几乎是条成语。它就是"E=MC2"，表示能量等于质量乘以
光速的平方。留心的观众会注意到，在好莱坞的电影和动画片中如果要刻画一位资深教授，
则会让他在黑板上写上一些不知所云的杂乱公式后，重重地补上E=MC2这几个大字的。
　　　　 能量等于质量乘以光速的平方，即使是在不甚关心其实用价值的纯理论型的物理
学家看来也是惊心动魄的，几百年以来所毫无疑义的，不，甚至人类自诞生来就模糊意识到
的质量守恒定律被破坏了。质量和能量本身并无区别，而且可以相互转换。即使是最前卫的
哲学家也会吸口冷气，太不可思议了。但不管哲学家怎么喋喋不休地发挥思辨的威力，物理
学家是不屑一顾的，他们只认定确凿的事实和严密的逻辑。物理学家和自然哲学家都是研究
世界的奥秘的，但在这一点上，两者有本质的区别。
　　　　 而在绝大多数人眼里，能量等于质量乘以光速的平方，即能量是质量的九百万倍
，多么诱人的前景呀。指甲盖般大小的物质的质量如果完全消失，其释放的能量是用以万吨
煤炭来计算的。我们这个星球从进入工业化社会以来，能源问题就仿佛人类脖子上的绞索，
越勒越紧。
　　　　甚至在本世纪的九十年代，一个超级大国在海湾名为抗击侵略实为保障石油供应的
畅通还狠狠地开过一仗。而相对论诞生了，能量似乎唾手可来，无数的科幻小说展示着在能
量极大丰富的年代里，机床永不停息地转动，电线纵横四野，地球上即使最阴暗的角落也装
上了电灯，到处一片光明，因为我们这个星球别的没有，质量可大得吓人，我们可以一点一
点象吃面包一样将地球的质量全变成能量。
　　　　 然而当记者兴致勃勃地向爱因斯坦教授提出灿烂的前景时，这个老实人摇头否认
了："这根本不能，没人能随便减少质量，上帝未必会允许开这个玩笑。"
　　　　 仔细想想，我们何尝能够轻易地将物质的质量消除掉。譬如一块石头，我们尽可
以用锤子砸成小块，然后碾成碎末，可是当你仔细地收集这些碎末后就会发现它的质量并未
变化。就算是化学反应，当我们耐心收集在空气中燃烧的煤炭的生成物，包括水蒸气，二氧
化碳，煤渣之类的物质，并放在天平上后，我们一定会失望地低下头。
　　　　 看来是不可能了。但是爱因斯坦当时的话也说得过满。可能即便是他也未曾料到
科学发展的势道惊人如斯。上帝的玩笑也有人敢开了。
　　　　 十几年后，德国物理学家发现在核裂变前后质量出现了亏损，虽然亏损质量微不
足道，但是带来的后果是可怕的。仅仅在几年后，人类第一颗原子弹在美国爆炸成功，紧接
着日本人遭受了自基督降世以来最残酷的惩罚，几十万人死伤，其中一部分人瞬间还被原成
基本粒子，真成了魂飞魄散。E=MC2在给人间带来希望之前，带来的先是致命的创伤。当然
，这一切对于深爱和平的爱因斯坦来说无疑是一记重拳，直至临死前他为此仍耿耿不已。



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不过总的来说，我们尽管以种种或好奇或欣赏的角度来看相对论，但是它离日常生活委实
过远。所以人们在白天惊讶地讨论完相对论带来的后果之后，晚上仍可以高枕无忧地阖上眼
睛。
　　　　 等半小时后他回到这里时，尽管百般注意，地板上还是被踩了个坑。在他低声抱
怨政府在施工中时偷工减料声中，火车进站了。
　　　　 两人在火车上继续讨论。
　　　　 "你看，窗外那个姑娘身材真不错。"一个由衷地赞叹到。
　　　　 "老兄，你又犯错了，她相对我们是运动的。所以在现在我们看来很完美的身材下
车后再看一定会大失所望的。"
　　　　 但是最大的麻烦的不是在一般性的谈话中，而是在法庭审判中。看，现在法官一
筹莫展了。案子本身很简单。在两辆对开的列车上，两个人互朝对方射了一枪。显然，一人
行凶应处极刑，另一人自卫应当释放。可谁先开的枪呢？双方都有满车的人作证是对方先动
的手，而且证人们都是品性良好，素无犯罪记录的守法公民。
　　　　 好了，让难题留给法官来解决，我们则从荒而不谬的想象中走回来。
　　　　 显然爱因斯坦在接受鲜花和掌声的同时，也面临着无数人的驳斥与挑战。当然反
对最大的声音来自物理学家自己的阵营，这里包括许多成名已久的人物，比如英国皇家学会
会长汤姆逊勋爵，还有以寻找以太的实验而名动天下的迈克尔逊教授，这位执著的先生可谓
九死不悔，直至1932年还在奋力追寻并不存在的以太。
　　　　太多的人以经典物理的卫道士自居，他们人人手持大棒，头罩钢盔，虎势眈眈地盯
着这群试图把牛顿拉下马的"暴徒"们。而爱因斯坦和他的少数派支持者们坚定地手挽着手，
细弱的声音终于会聚成洪亮的口号："革命！革命！"这不是十月革命时的俄国，但是人们热
切期盼的心情何等相似呀。
　　　　爱因斯坦可以把他的一些无聊的对手的攻击象蛛丝般轻轻拂去，然小时吃完这块面
包，再读完今天的早报了。"言毕，他就匆忙地走动，虽然在静止的人看来面包加重了胃的
负担，但他本人显然意识不到，请注意他身体也是在运动中的。
以近光速运行的宇宙飞船飞离地球，弟弟则眼巴巴地看着哥哥飞走。弟弟如果懂相对论，一
定会想，哥哥在高速运动的宇宙飞船中长大，他那里的时间比地上慢得多，有朝一日我们兄
弟俩再见一面，我成了步履蹒跚的老翁，哥哥则正是青春少年时，那时将真是会感慨万千呀
。可是与此同时，哥哥在羡慕留在地球上的弟弟，弟弟的世界以那么快的速度离我而去，他
们的钟表一定走得很慢，他会比我年青得多哩。问题是两人一见面，究竟会怎么样？不能简
单地回避二人见面的可能性。
　　　　问题是在狭义相对论中自始至终都是有这样一个前提，运动都是是简单的匀速直线
运动。而如果哥哥确实想见到弟弟，则须先减速到静止，再回头扑向地球。这其间就不属于
狭义相对论的范围了，它要由后来的广义相对论来解决。



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1912年，已小有名望的爱因斯坦受聘回到母校。那里他的亲密老同学如格罗斯曼在等着他
，曾经嘲笑过他的教授们等着他，渴望全新物理知识的工业大学的学生们也等着他。
　　　　他的生活境遇却也没提高哪里去，因为第二个孩子爱德华出生了，家庭的负担骤然
重起来。尽管在他的相对论中每一个物体边上都挂了个钟来矫正时间，而在现实生活中却常
常为家里没有一块钟表而苦恼。而且给学生们上课也并不是很情愿的事，这绝对不是因为爱
因斯坦鄙视他们，而是爱因斯坦的风格委实不适合教学。他的板书犹如他年青时的笔记一样
不忍卒读，而且思想跳跃性奇大，往往就一个问题大发见解而不顾整个课程的进度。开始慕
名而来听课的学生甚至挤到了走廊，但后来就门可罗雀了。
　　　　但是他幸运地找到了他的合作伙伴，格罗斯曼教授。此时的格罗斯曼在数学上已颇
有建树。而广义相对论的建立则超出了爱因斯坦在数学上的能力，非得与人合作不可。所以
广义相对论的难度之大，在深度和广度上在当时已超出了即使是第一流的物理学家或者数学
家的理解能力。通常出现这种情况，物理学家模糊能够理解广义相对论的深刻本质，却对怪
如天书的数学公式望洋兴叹；数学家大概能看得懂要命的公式，但对其艰深的物理内涵苦思
不解。
　　　　如此看来，《纽约时报》当时所竭力宣称的"全世界只有12个人懂广义相对论"并非
单纯的噱头。至少爱丁顿教授就这样看。爱丁顿就是前文那个坚信广义相对论必然正确且亲
自率天文队去观测并证实的英国人。当记者带给他一个更极端的消息"地球上仅有三个半人
理解相对论"时，他立即低下了头。记者跟着道："我们都知道您肯定是其中之一，但您似乎
不必谦虚至此。"爱丁顿却抬头反驳道："对不起，我不是谦虚，刚才我一直在想另外那半个
人到底是谁？"
　　　　广义相对论的创建足足花了爱因斯坦十年的工夫，这是他一生中精力最旺盛的十年
。可见它要让人在铁一般的事实找到以前接受它是多么困难呀。
　　　　但也有慧眼识英雄的伯乐。他们是身在柏林的见识远卓的两位科学伟人，一个叫普
朗克，一个叫能斯脱。
　　　　普朗克是最早提出量子论的人，也是高度评价相对论的第一人。他不止一次地把爱
因斯坦比作当代的哥白尼。当时的普朗克几乎是德意志民族的科学象征，他出身贵族，温文
尔雅，交游广际，受到上至皇帝威廉二世，下至底层百姓的衷心尊敬，甚至在当时的一马克
金币背面都刻着他的头像。
　　　　能斯脱则既是二十世纪著名的化学家，也是一位拥有杰出政治才能的组织者。
　　　　他们一致想把这个出生在德国的犹太巨人拉回柏林。他们提出的条件是诱人的，包
括聘请爱因斯坦担任正在筹建中的威廉皇帝物理学会会长，并担任年薪1200马克的普鲁士科
学院的院士和柏林大学的终身教授。这对爱因斯坦来说可谓是名利双收，而且说好了可以不
用教学而专心研究，更主要地是又找到了"很多"志同道合的人。据新闻界的说法："全世界
懂相对论的12个人中有8个就在柏林。"
　　　　这是世界少有的优越条件，爱因斯坦怎能不动心呢？但是这和爱因斯坦的一贯追求
尖锐地不合。当初他们一家人不正是为了躲避德国人对犹太人敌视的目光而弃离故土的吗？
虽然他现在功成名就，但是在遥远的柏林仍会有寄人篱下的感觉。可是在哪里不是寄人篱下
呢？作为犹太人，他们在欧洲流浪已近千年，大部分人连自己民族的母语--希伯来语都不会
说。
　　　　 什么时候我们犹太人才会有自己的祖国呢？爱因斯坦的眼眶湿润了。他做梦也没
有想到在暮年会见到自己的国家在中东崛起，虽然那是在600万鲜活的生命教训了几乎灭种
的犹太人之后。
　　　　 他执意去柏林了。但是他的妻子米列娃坚决反对。米列娃是他在苏黎士工业大学
时的同班同学，塞尔维亚人，在当时是一位罕见的女物理学家。在高傲的日尔曼人眼里，犹
太人是流氓，斯拉夫人则是乞丐。身为斯拉夫人米列娃向来心高气傲，是不会喜欢柏林那阴
冷的空气的。
　　　　 况且夫妇二人积怨已深，主要是米列娃是个激进的女权主义者，她不愿沦为庸俗
的家庭主妇，她也要有自己的事业。但是米列娃总是被爱因斯坦的巨大光环笼罩住，显不出
她的所在。同时爱因斯坦是一个向上帝选择了智慧的人，选择了智慧就选择了孤独，选择了
孤独就选择了痛苦。他自始至终无法溶入他的家庭，他的生命的绝大部分既没有留给妻子，
也没有留给孩子，而是留给了上帝和他心爱的物理学。
　　　　 不合则散。爱因斯坦吻别了在梦中的小汉斯和小爱德华，他们是睡得多么香甜呀
。
　　　　 爱因斯坦又一次提着大皮箱，在一个寂静的夜里慢慢地走上了征程，这次他真的
除了物理学什么都没留下。



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1916年，他与格罗斯满曼合作的论文《广义相对论纲要和引力理论》正式发表，正如爱因
斯坦所料，一石再激千层浪。
　　　　 静寂已久的物理学界从未象这次一般阵线分明。保守的一派在狭义相对论发表时
觉得爱因斯坦只不过还在变魔术；到广义相对论发表时，人人都在摇头，都说一个天纵其才
的物理学家就此精神失常，即使原来很多支持爱因斯坦的人也认为他走得太远，而少数真正
革新的一派则信心满怀，他们坚信新的时代即将到来了！。
　　　　 这是怎样的理论呢？
　　　　 那还得从牛顿时代开始。牛顿在发表万有引力的公式时，他定义了物体的引力质
量；而在推导他著名的牛顿第二定理时，又引进了惯性质量。为了验证这两种质量的等价性
，牛顿亲自用空心摆作了实验，在当时的条件下，精度是千分之一。百年后，贝塞尔还是用
单摆，精度提高到十万分之一。从1890年起尼厄用扭摆孜孜不倦地作了二十五年实验，精度
自是更上一层楼，达到了亿分之一。直至本世纪七十年代狄克等人采用最新技术，发现即使
在千亿分之一的精度内，两者仍是相等的。
　　　　 看来是没有什么问题了。但是自牛顿以降，从来没有人考虑到这两种质量在数值
上的严格相等决非偶然。然而这决逃不过爱因斯坦那鹰隼般锐利的眼睛。擅长在人们司空见
惯的现象中找到突破口的，就这一点来说，爱因斯坦算得上古今独步。
　　　　 我们都有这样的生活经验，坐在汽车里突然起动时，会觉得自己的后背受力的推
动。按照牛顿的解释，这是因为在一个加速的参考系里（比如汽车刚起动时），物体受惯性
力的缘故。
　　　　 爱因斯坦的思想实验又开始发挥威力了。当你处在自由下落的电梯里，你会发现
自己完全失重，如果电梯体积大得能容纳一座高楼的话，你可以先在你的心上人面前吹嘘一
番，然后爬到第二十层楼的窗台放心地跳将下去，你不会跌成肉泥而会滑稽得象个气球一样
悬在空中，就象若干年后我们在电视里看到太空舱里臃肿的宇航员一样。
　　　　 但是如果在没受任何引力作用的太空中电梯以9.8米每秒平方的加速度（稍通物理
的人都知道这是地球的重力加速度）向上运动时，他是绝对不能断定自己是在地球上受引力
的作用还是在受惯性力的作用。还记得伽利略的大船吗，它那里详尽地说明了匀速运动和静
止无法分辨。这个足够大的"电梯"里也是如此，当你发现随手丢下一个东西，它会象在地球
上一样愈来愈快地砸向地面的时候，你会从第二十层楼的窗台上忙不迭地蹦回屋内，。你若
有可能向空中开上一炮，那条美丽的弹道曲线与地球上的一样吻合。你作任何实验都不能证
实你所在的外部环境究竟如何。
　　　　 爱因斯坦的结论是在局部的区域内，引力和惯性力是不可分辨的。这就是著名的
等效原理。如此一来，牛顿时代所固有的惯性系（匀速直线运动或静止系）比非惯性系（加
速运动系）优越的观念需要彻底修改了。在爱因斯坦的理论中，任何参考系都是平等的，不
管静止的也好，还是运动的也好，你站在任何一个参考系都不会改变你对世界的看法和对自
然规律的表述。
　　　　 总的来说广义相对论仍是美学的直接产物。可以想象爱因斯坦对于所有参考系中
惯性系趾高气扬地凌驾于非惯性系之上时，心中是一种怎样的不适呀。万物平权，这是至高
无上的美学准则。深刻与美，则一贯是爱因斯坦科研奉行的主旨。
　　　　 在物理学发展的长河中，有些理论的创始人只能冠以一个名字。广义相对论便是
一例。可以说，没有爱因斯坦再过两百年也未必会有人发现它，这于狭义相对论是不同的。
发展狭义相对论的时候，仿佛如鲠在喉，多少人在没日没夜地思考它，因为大家都明白没它
就意味着物理学的彻底崩溃，爱因斯坦不过凭借他的天赋捷足先登罢了。
　　　　 广义相对论则不同，它是在没有任何先兆下横空出世的。没有任何实验上的矛盾
，没有任何实际中的需求，没有任何人意识到它的必要性。即使没它也不妨碍火箭发射，卫
星上天和通讯技术，计算机的迅猛发展。但显然人类对宇宙本身的认识会大大延迟一步。
　　　　 以当代物理学家的眼光看，广义相对论与其说是一门科学，不如说更象一门艺术
，它把几何学和物理学完美地结合在一起，给人最深的印象不是逻辑体系的无可挑剔，而首
先是一种优雅的美。
　　　　 更主要的是广义相对论继狭义相对论之后，又一次掀起了时空观的大革命。
　　　　 可能你又紧张地四处张望，我们的日常经验又有什么不合逻辑了呢？
　　　　 有的。翻开初中一年级的几何课本，扉页里就提出了一条人所共知的平行公理：
"在平面内过已知直线外一点，只有一条直线和已知直线平行。"这是早在公元前300年就由
欧几里德作为欧氏几何的第五公设载入《几何原本》。
　　　　 第五公设又称平行公理。以它和其它的几个公理建立起来的欧氏几何获得辉煌的
成功。随之导出的许多定理成了我们脑中根深蒂固的观念：三角形内角和180度，勾股定理
描述的是直角三角形的斜边的长度的平方等于两直角边的平方和等等。后来笛卡儿在此的基
础上创立了解析几何，顺势导致了微积分的诞生。
　　　　 欧氏几何成了人类创立千年的完美的数学大厦的重要基石。而且在人类的文明中
，从平常无奇的桌椅，到气势恢弘的宫殿，从呼啸而至的炮弹，到俯瞰人间的卫星，无不闪
烁着欧氏几何的光彩。这有什么问题呢？一加一难道不等于二吗？
　　　　 最早产生怀疑的是敏锐的数学家。他们怀疑的根据是仅是欧氏几何的第五公设表
述过繁。数学家和物理学家都有同样的毛病，凡是复杂的就是不够优美的。从古希腊时代就
有人怀疑这第五公设只不过是条定理，一定可以用其它的几条公理证明出来。看来不怎么费
劲，但是这一努力就是一千多年。
　　　　 直到18末世纪出了个旷世的数学家，他的名字叫高斯。直至今天人们仍津津乐道
他在小学一年级就别出心裁地创造出从一加二加到一百时新算法的奇迹。被誉为"数学王子
"的他的光辉掩盖着整个十九世纪。高斯最早认识到这种证明是徒劳的，平行公理是独立成
立的，而且把用别的公理抽换掉平行公理，导出来一套奇怪的几何。不过，高斯是个谨慎的
人，他将手稿压下没有发表。他考虑到他在数学界至高无上的地位，这样冒然出击导致的只
会是所有人的攻击。
　　　　 但是他是对我们这个空间产生怀疑的第一人。他曾提出作个实验，在三个临近的
山峰上测量一下三角形内角和到底是不是180度。
　　　　 还是有勇敢的斗士。他们是俄国的罗巴切夫斯基和匈牙利的波尔约，各自独立地
提出非欧几何向全世界挑战。经过艰苦的努力，他们终于使大部分数学家承认还存在一套与
欧氏几何并列的几何，它的前提是过直线外一点至少可以有两条直线与该直线共面而不相交
。导出的结论令人困惑：三角形的内角和小于180度，同一直线的斜线和垂线不一定相交等
等。


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没有多久，高斯最得意的嫡传弟子黎曼又把第五公理换成了同一平面的两条直线一定相交
，演绎出与欧氏几何，罗巴切夫斯基几何鼎足并称的黎曼几何，这已经快接近答案。可惜黎
曼只是一个数学家，他模糊意识到什么，但是最终不可能揭开事实的真相。他到死也未料到
他所创建的新几何才是我们这个世界真正成立的。
　　　　 尽管一系列优秀的数学家前仆后继地发展了非欧几何。但是即使在数学家内部也
只不过认为这是一套漂亮的游戏而已。幸好数学家的癖好和物理学家亦有不尽相同之处，在
他们的世界里漂亮但无用的玩意儿触目皆是，但在物理学家那里会被无情地抛弃掉。仿佛上
帝为了捉弄人类，先扔下一把钥匙，物理学家不屑一顾而数学家们喜滋滋地捡走了，几十年
后再重重地扔下一把大锁砸在爱因斯坦头上，爱因斯坦几经努力才在数学家的旧仓库中找到
了那把锈迹斑斑的钥匙。
　　　　 一开始爱因斯坦没有充足的信心完成广义相对论，他发现导致的几何结果当真匪
夷所思。但是老朋友格罗斯曼介绍的黎曼几何使他茅塞顿开，这不就是他这些年来苦苦觅寻
的吗？爱因斯坦无疑是极端幸运的。如果让爱因斯坦自己来凭空创造一套几何，纵使有格罗
斯曼的帮助，也势必成挟泰山以超北海，是所不能了。回首当年，黎曼，这位继高斯后首屈
一指的大数学家，为这套几何亦是耗尽了一生的心血。
　　　　 爱因斯坦认识到，我们所在的这个空间，不是简单的长，宽，高三维空间，而是
包含时间在内的四维时空；不是我们想象中的平直，而是一个弯曲的空间。
　　　　 弯曲就意味着如果现在你朝某个方向射出一束光线，若干年后，如果地球，甚至
银河系还存在的话，你会发现光从你背后绕了回来。当然，再不可能找到象当年那样为了验
证地球是球体而勇于拔锚扬帆环航世界一周的麦哲伦船长了。
　　　　 我们这个空间应遵循的规律是符合黎曼几何的，而不是欧氏几何。比如说，当你
精确测量空间三点的所连成三角形的内角和，会发现它大于180度。凭你直觉的经验，一定
会觉得两点间直线最短，实际上真正短的是一条曲线，"世界线"。
　　　　 至于真正意义上的四维时空，决不仅是几何上的花样。它第一次深刻地揭示了空
间和时间如何不可分割。现在我们定义空间中任意一个物体，仅有长，宽，高的坐标是不够
的，还必须加上时间。可是，在满眼三维物体的这个世界上，我们怎么能够拥有四维的想象
呢？
　　　　 如果把作为三维物体的书本放到光源的对面，它的影子会投射在二维的墙面上，
随着书本的转动，影子的形状也会改变。有机械制图经验的人仅凭三张不同侧面的投影就能
大致想象实物的样子。
　　　　 四维时空的观点则认为，我们日常所见到的所有事物，不过是四维时空中的"原物
"在空间上的一种"投影"。这样就可以清楚地解释一辆高速行驶的列车为什么对于静止在月
台的人来说长度会缩短。因为我们所看到的不过是一个"投影"而已。"原物"在四维时空中旋
转，从而分到属于空间的三维部分（我们见到的）少了些，分到属于时间的一维部分多了些
。实际上，"原物"（注意是在四维时空）是不变的。
　　　　 正如爱因斯坦的老师闵可夫斯基在1908年德国自然科学家学会的第八十次年会上
的报告中宣称的那样："我们现在讲述的空间和时间的观点，是在实验物理学基础上发展起
来的，这就是理论之所以有力的原因。它的意义是革命性的。从此以后，时间和空间退化为
虚幻的影子，只有两者结合才能保持独立的存在。"
　　　　 在牛顿力学中，一个物体如果不受外力的作用，它将作匀速直线运动。在相对论
中亦是如此，但是这个"直"线是是四维时空中的直线，在三维空间中则表现为弯曲的"世界
线"。上帝在造物时就神秘地暗示我们，物体运动是尽可能走近路的。譬如，夜空中的星星
看似遥不可及，动辄以亿光年计算，实际上它们到我们的最短距离决不是简单的两点一直线
，而是一条弧线，犹如一条隧道，可以抄直到达终点。
　　　　 纵使在受引力的作用下，物体的运动也是如此。因为爱因斯坦一针见血地指出，
万有引力根本不是一种力！这不是象牛顿那样认为的，太阳如何牵引地球，而地球如何吸引
砸到牛顿头上的苹果。无论地球还是苹果，它们都是在别无选择地走最近的路。它们的路径
之所以弯曲，以至那么多年来我们一直错误地认为是受了力的结果，仅仅是因为任何物体都
会使自己周围的空间弯曲，而质量大的物体（譬如太阳）犹使空间变形得厉害。换句话说，
如果我们这个空间什么物质都没有，它是平坦的欧氏空间；之所以弯曲的原因就是有物质存
在。
　　　　 你将一块薄橡皮膜崩在一个长方形的框架上，在放上一个橙子，它会自然地凹陷
下去。再在橙子边上放一个石子，不用推动石子它就会自动滚向橙子。这并不是因为橙子吸
引了石子，而是它造成的"场"使石子义无返顾地选择最短路径滚了下去。当然这是比喻，但
是地球绕太阳旋转，苹果落向地面的根源也类似于此。
　　　　 这是对牛顿定义的引力新的诠释，引力不过是加速运动（以三维空间的观点看）
带来的幻觉。牛顿的因果关系看来颠倒了，因为物体本身在没有外力时的运动就不是完美的
匀速直线运动，而是沿着弯曲路线的加速运动，导致的幻像就是有"力"，即万有引力产生了
。
　　　　 至此你就可以大概理解为什么连头脑向来敏锐的物理学界的领袖人物都认为爱因
斯坦发了疯。爱因斯坦深感苦恼的是自己的相对论发表之初在物理学圈内睬之者甚少，被新
闻界披露之后，反是好奇心很强的圈外人，比如哲学家，作家，艺术家纷纷拜访，获得只言
片语后回去演绎自己的"相对论"。至于后来相对论成为偷懒的中学生不作几何题的理由，更
是爱因斯坦始料未及的。
　　　　 最感兴奋的则是罗马教廷里的主教们。尽管他们曾经把布鲁诺烧死在火刑台上，
把哥白尼的书封禁，把伽利略投入监狱，但是科学的观念毕竟逐步深入人心，牛顿学说的发
表更是一记重拳，打得他们自此抬不起头。天主教只成了部分人的信仰，如果神学家再敢于
和科学家论战，一定会被驳斥得体无完肤。
　　　　 但是现在好了，牛顿的理论也被人踩翻在地。而爱因斯坦根据广义相对论提出宇
宙有限的假说，更是令他们浮想联翩。宇宙有限，那么宇宙之外不就是天堂么？于是在爱因
斯坦访问英国的宴会上，他的邻座，坎特伯雷大主教恭恭敬敬地向爱因斯坦请教："教授，
听说您的理论似乎提供了宗教界的某种证据。"
　　　　 爱因斯坦微笑地摇头："对不起，相对论纯粹是科学上的问题，与宗教没有关系。
"
　　　　 为了说服更多的人，爱因斯坦几经寻觅，终于在天文学上找到第一个证据。九大
行星中离太阳最近的是水星，广义相对论只能在巨大质量（比如太阳）的附近才能显现它的
威力。正好水星的运动几百年来有个悬而未决的问题，即水星在绕太阳转动的同时，自己的
轨道也在缓慢地转动，这在天文学上称为水星的进动。天文学家采用牛顿的引力理论，结果
总是相差一些。而爱因斯坦根据自己的计算，弥合了这些误差。
　　　　 第二个预言是太阳光的引力红移。爱因斯坦的理论指出在引力场强弱不同的地方
，时钟走时是不一样的。从而当光从太阳附近的强场传播到地球附近的弱场时，光谱线会向
红色的一端发生微乎其微的移动。
　　　　 这种观测在当时根本无法实现，直到1958年德国年轻的物理学家穆斯堡尔发明了
穆斯堡尔效应，找到一种精度大为提高的测量时间的方法。即使你的手表走了三千年后只比
标准时间慢百分之一秒，也能觉察出来。通过这种方法，研究人员发现在建筑物底部（这里
的引力场稍强）比顶层的时钟走得慢。
　　　　 顺便提一下前面提到的"双生子佯谬"，由于在宇宙飞船里的哥哥想要回到地球上
来，必须先大幅减速，然后再转身向着地球的方向加速，这期间受到惯性力，即引力的作用
，其间飞船上的钟会走慢。70年代有人在卫星上放置了精确的记时器，当它随着卫星围绕地
球转过几圈后回来和地面上的同样的记时器比较，果然验证了变慢的结论。
　　　　 最直接的证据是光线通过太阳时受到引力场的作用而弯曲。早年爱因斯坦在提出
等效原理时，他根据牛顿力学计算的弯曲角度是0.87秒。当他十年以后意识到空间是弯曲的
时候，这个角度才修正到原来的两倍，1.74秒。幸亏早期的一次日全食时的测量因为天气原
因而失败，否则这会迫使爱因斯坦全盘放弃他那未成熟的理论的。
　　　　 决定性的时刻终于到了。英国剑桥大学的天文学教授爱丁顿带队分兵两路，一路
奔向南美洲的巴西，一路远赴非洲西部的普林西比岛。在出发前大家讨论了这次观测可能的
三种情况：要么根本就不偏转，要么就接近牛顿力学所计算的0.87秒，要么就接近爱因斯坦
的广义相对论所预言的1.74秒。
　　　　 "如果测量值比爱因斯坦的还大一倍，那会怎么办呢？"组里的一位成员忧心地问
道。
　　　　 "那么爱丁顿和爱因斯坦都要疯了。"
　　　　 爱丁顿当时在普林西比的那一路，他们一大早就兴致勃勃地架好望远镜，可是热
带的气候委实难测，一场瓢泼大雨将他们的希望浇灭，要不是巴西那边测量成功的消息及时
传来，爱丁顿这次可真的要疯掉了。
　　　　 结果正如本章开头的那一幕，上帝的面纱揭开了一角，广义相对论证实了。


此时的爱因斯坦年仅四十岁，但俨然成了物理学界新的教皇。而且世界各地的人们都在传
诵着他的名字和他的思想。他的声望达到顶点。
　　　　 这时的生活亦温馨如意，他的远房表妹，从小在一起的玩伴埃尔莎和他结了婚。
她是一位柔婉体贴，态度随和的女性，丝毫不具备前夫人咄咄逼人的风范。她不懂物理学，
但这并不妨碍她把爱因斯坦的生活收拾得井井有条。爱因斯坦，这个长期漂流的游子，终于
开始享受家庭的温暖了。
　　　　 正在此时，另一场席卷物理学的大风暴正在酝酿中，一群更年轻的物理学家开始
聚集在丹麦的哥本哈根。为首的一位是堪与爱因斯坦比肩的大物理学家。他的名字叫玻尔，
比爱因斯坦小七岁，至于其他的人年纪更小，有的还在攻读硕士学位。
　　　　 正是这群看似毛手毛脚的小伙子，他们戏剧性地改变了二十世纪人类的命运，从
某种意义上说，比爱因斯坦的的相对论更能激起人们对自然规律的深思，而且他们工作的触
角随着时间的推移深入了人们生活的方方面面。他们理论的一个不起眼的副产品就是半导体
，但是没有它今天发展一日千里的计算机技术便成了空中楼阁。
　　　　 他们创立的学派叫哥本哈根学派，这是直到今天所有的物理学家听到都会肃然起
敬的名字。他们创立的学科则叫量子力学。
　　　　 与相对论相比，他们从微观方向向经典物理发动了攻击。这是一场难度更大的战
斗，注定不能仅由一个孤身作战科学家象爱因斯坦一样传奇般地完成。这也是他们尽管在物
理学史史上留下一连串闪光的名字，但在舆论界反响平平的原因。
　　　　 这更是一场革命，他们遇到的阻力一点不比爱因斯坦小，在前辈成名的大师级人
物眼里，他们不过还都是一群娃娃。他们在遭受了无数的讥讽和白眼后，自然把求助的目光
投向已成为物理学界旗手的爱因斯坦。他的眼力非凡独到，而且向来热心扶植拥有新想法的
年轻人。更何况是他最早提出光量子假说，这不仅使他本人登上诺贝尔奖的领奖台，而且也
为量子力学的发展指明了道路，说起来他也算是量子力学的前辈之一。
　　　　 然而他们万万没有想到 ，量子力学从此招来最大的反对者--爱因斯坦本人。这绝
对不是因为爱因斯坦漠视后学上进，而是两派人的世界观根本不同。玻尔那帮人解释世界是
采用几率观点，也即在微观的环境里，所有粒子的运动是没有确定轨道可言的，你只能预测
在某一点的粒子出现的可能性是多大；而爱因斯坦是绝对不相信上帝会允许不确定的因素存
在的。
　　　　 天空顿时又是乌云密布，大论战一触即发。玻尔也是个意志坚定的人，认准了的
事绝对不回头；虽然反对派有爱因斯坦助阵，势力雄厚，他们也没有屈服。好在接二连三的
实验提供了坚实的证据，而且量子力学的体系本身也在爱因斯坦无数次严酷的考验面前愈发
显得完美无缺。
　　　　 到本世纪二十年代末，世界上绝大多数物理学家的工作都转向量子力学方向来了
，对面只有爱因斯坦还在单枪匹马地叫阵，直到去世他都无法容忍量子力学的存在。
　　　　 上帝开了个很大的玩笑，一生蔑视权威的爱因斯坦最后也扮演了压制新思想的权
威的角色。还是哲学家罗素一语中的，唯一的历史教训就是忘记了历史教训。

那么从那时到爱因斯坦去世还有漫长的几十年，爱因斯坦在忙些什么呢？原来他把毕生的
经历投入了另一场空前难度的努力--"统一场论"。
　　　　 当时人们知道世界上称的上是力的只有两种，引力和电磁力，而爱因斯坦一直的
工作是想把所有的物理几何化。他苦苦寻找到底四维时空究竟有何性质可以把电磁场容括进
去。但电磁场似乎也继承了它的创建者麦克斯韦那苏格兰人特有的顽固性，拒绝和爱因斯坦
妥协。他花了十年的时间才使引力场几何化，然而还要花多少年才能将电磁场归入这一体系
呢？
　　　　 "最多三十年吧。"爱因斯坦摸了摸还算茂盛的头发，暗暗地安慰自己。没有人会
想到这一努力就是一辈子。
　　　　 此时的爱因斯坦已偏离了物理学研究的主流，就象几年前搞广义相对论时一样，
他又默默地将自己与外界隔了开来。学术界很长时间没有听到爱因斯坦的消息了，虽然他们
每次会议都保留了爱因斯坦的席位以示尊敬，但热心的新闻界还是不时地制造一些耸动的消
息来提醒人们不该忘记这位孤独的勇士。一次，《纽约时报》花了整整一版印上了令专业人
士都费解的数学符号，并郑重地宣布："爱因斯坦的新理论试图包括：行星的旋转，光线的
疾驶，地球的引力，钻石的光泽，镭元素的不稳定性，轻的氢和重的铅，通过线圈的电流，
物质，能量，时间，空间。"
　　　　 物理学家们几次呼吁爱因斯坦出山，加入到他们的行列中来。其时的量子力学正
方兴未艾，许多神妙的现象亟待解决，他们不希望这么一个天才的头脑去从事当时看来显然
无望解决的问题，当然他们更不希望失去一个德高望重的领袖。情形仿佛当年万众呼唤弃离
物理学的牛顿一般。
　　　　 爱因斯坦没有听到万千的同行们心底的呼唤，在以后的日子里甚至很少出席正规
的国际物理学会议，而宁愿在出访一些普通的学校时面对激动无比但大部分不懂物理的年青
人讲述自己的想法。三十年代初，他在英国访问期间，没有去剑桥大学，而是来到北英格兰
的一所普通的女子学校去演讲统一场论，在众人兴奋而迷惑的眼光中一边深思，一边在黑板
上断续写满了复杂的张量公式，这是统一场论中必不可少的数学工具。受宠若惊的校方将这
块黑板珍藏起来直到今天。
　　　　 更出爱因斯坦意料外的是原本在柏林平静的生活亦出现反复。他没有想到毕生热
爱和平的自己竟会长年置身于历史上最大一场战争的策源地。早在一战期间，他就和一些科
学家在反对战争的声明上签字。一战的结果是德国战败。在德国重新站起来后不久，有人就
在总结失败教训时痛斥背后"卖国"的三种人：和平主义者，知识分子，犹太人。不幸的爱因
斯坦三者都占全了。
　　　　 1933年5月10日的夜晚，群情骚动的学生举着纳粹的标记，疯狂地喊着"希特勒万
岁"，在柏林大学周边的广场上将堆积如山的书籍点着。在熊熊的火焰中可以看到，摞在最
上层的赫然便是爱因斯坦著的相对论。
　　　　 此时的爱因斯坦正在大洋彼岸的美国的一家旅馆里发愣，几天前他就听同事们说
起在柏林哪里的报馆被查封，哪条街的犹太人开的商店全部遭到洗劫。看来，德国是回不去
了，现在的柏林不仅容不下一个犹太人，也容不下一张书桌了。



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望着漫天的星斗，爱因斯坦又一次陷入沉思：难道颠沛流离的日子又开始了么？
　　　　 当爱因斯坦得知纳粹当局抄了他在柏林的家并悬赏两万马克买他的人头后，他毅
然决定留在美国。不久，德国人将成千上万的犹太人驱赶入集中营的消息传来，爱因斯坦更
是痛心疾首，他痛恨那些留在柏林普鲁士皇家科学院和柏林大学的同事们为什么不竭力阻止
政府疯狂的举动。
　　　　 素来不通事务的爱因斯坦到此时还如此天真，他不明白在一个专制的国家里知识
分子噤若寒蝉的处境。连曾辉煌一时的普朗克亦遭厄运，但出于一个日尔曼人对祖国和民族
天生的忠诚，他坚决不离开国内。他掩护过千百犹太籍的科学家，但也为此遭到希特勒的将
他送入集中营的警告。在战争末期，他和普通的德国人一起一边排着长龙等待发售面包，一
边警惕着头顶上盟军飞机的炸弹。

　　　　 爱因斯坦决定在宁静的小城普林斯顿安静地度过自己的余生。此时的爱因斯坦也
明白穷尽一生也未必能给出统一场论一个合理的说法了。但是他并不后悔，科学的发展总是
要走弯路的，何况他觉得这未必是弯路，人类总有一天会认识到统一的重要性的。
　　　　 有一次，他和一个助手谈起这几十年的奋斗，曾提到统一的尝试总是要有人作的
，但年青人不适合干，因为它会毫不留情地吸光人一生的心血；至于自己，反正已经功成名
就，正适合干这个。
　　　　 看来真的是天妒英才，爱因斯坦当时走得过早过远，因为后来人们才认识到自然
界不是仅有两种力，还有强相互和弱相互两种作用力。若勉强就把仅知的两种力统一，根本
就是幻想。但爱因斯坦在轰然倒地的同时，手臂依然指着前进的方向。统一，统一，这是千
百年来物理学家的最高梦想。
　　　　 时光流逝到1979年，此时身在天堂悠闲地叼着烟斗，拉着小提琴的爱因斯坦若不
经意地看一下人间诺贝尔物理奖的领奖台，他会开心地微笑的。这年的奖金由美国人格拉肖
和温伯格，巴基斯坦人萨拉姆三人共享。他们的贡献是将四种力中的弱相互作用力和电磁力
统一起来，人类朝统一的终点迈出关键的一步。



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爱因斯坦在普林斯顿的晚年留下很多有趣的故事。包括他如何在比利时王后的御笔题诗的
背后打草稿啦，如何穿着短裤拖鞋出席宴会啦，如何把一千美圆的支票当作书签乱夹结果弄
丢了呀，如何忘了自己的家竟然打电话到家里问自己住在哪里啦。
　　　　 一次，一个放学的小姑娘看到爱因斯坦蓬头垢面地走在人行道上，仿佛从童话书
中走出来的一般，她好奇地跟了一段，然后回去把这个人当作新闻讲给她正在吃饭的父亲听
，她父亲登时放下刀叉，神色郑重地望着她说道："我的孩子，记住这一天吧，今天你见到
了世界上最伟大的人！"
　　　　 爱因斯坦本人从来没意识到自己的伟大。一次，当犹太人自己建立的国家以色列
，但年青人不适合干，因为它会毫不留情地吸光人一生的心血；至于自己，反正已经功成名
就，正适合干这个。
　　　　 看来真的是天妒英才，爱因斯坦当时走得过早过远，因为后来人们才认识到自然
界不是仅有两种力，还有强相互和弱相互两种作用力。若勉强就把仅知的两种力统一，根本
就是幻想。但爱因斯坦在轰然倒地的同时，手臂依然指着前进的方向。统一，统一，这是千
百年来物理学家的最高梦想。
　　　　 时光流逝到1979年，此时身在天堂悠闲地叼着烟斗，拉着小提琴的爱因斯坦若不
经意地看一下人间诺贝尔物理奖的领奖台，他会开心地微笑的。这年的奖金由美国人格拉肖
和温伯格，巴基斯坦人萨拉姆三人共享。他们的贡献是将四种力中的弱相互作用力和电磁力
统一起来，人类朝统一的终点迈出关键的一步。



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爱因斯坦在普林斯顿的晚年留下很多有趣的故事。包括他如何在比利时王后的御笔题诗的
背后打草稿啦，如何穿着短裤拖鞋出席宴会啦，如何把一千美圆的支票当作书签乱夹结果弄
丢了呀，如何忘了自己的家竟然打电话到家里问自己住在哪里啦。
　　　　 一次，一个放学的小姑娘看到爱因斯坦蓬头垢面地走在人行道上，仿佛从童话书
中走出来的一般，她好奇地跟了一段，然后回去把这个人当作新闻讲给她正在吃饭的父亲听
，她父亲登时放下刀叉，神色郑重地望着她说道："我的孩子，记住这一天吧，今天你见到
了世界上最伟大的人！"
　　　　 爱因斯坦本人从来没意识到自己的伟大。一次，当犹太人自己建立的国家以色列
慕名专程请驻美大使请他回国担任总统时，爱因斯坦婉言谢绝了，他的理由是我对自然界还
知道一点点，可是对于社会的事情我什么都不知道。
　　　　 随着年事日高，亲朋好友一个又一个先他而去，先是他的大女儿，然后是多年合
作的伙伴格罗斯曼教授。在他的葬礼上，爱因斯坦的悼词中写到："作为普通人的眼光看，
你永久离开了我们这个世界；但在我们物理学家都坚信，所谓空间和时间都不过是人脑中一
种执著的幻像而已。"
　　　　 但是伴他多年的夫人埃尔莎的死对他是沉重的一击，自此他衰老得更快了。幸亏
他的妹妹专程赶来陪他，使他的精神稍有好转。当妹妹亦身患重病离他而去时，他自己亦知
时间不远了。
　　　　 在最后的日子里，他仍没有放弃自己的工作，要命的数学公式始终不断地在脑中
徘徊。在1955年4月17日的深夜，躺在病床上的他终于感到自己要蒙幸上帝的召唤了，也许
在那里上帝会告诉他统一场论的谜底，想到这里，他艰难的笑了一下。
　　　　 他是无法想象第二天全球会以怎样的悲痛来送走他这位人类世界最伟大的儿子的
。
　　　　 当护士小姐匆忙的脚步声出现在他的床前时，爱因斯坦已经快不省人事了，弥留
之际他含糊地用德语吐出两个词，可是没人听懂。可能他在怀念德国，这片让他一辈子爱恨
交织的故土。也可能在说统一场论，这个耗尽他后半生心血仍未果的怪物。
　　　　 窗外，一片树叶静悄悄地落了下来。

　　　　再次谨以至诚，向这位始终孤独的勇敢战士，人类永远的伟大儿子阿尔伯特。爱因
斯坦致敬！
　　　　（咦，我为什么说再？？？）


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二十世纪物理学十大实验
之一
　　Arno Penzias 和 Robert Wilson的宇宙背景辐射
　　　　(cosmic background radiation)。他们探测到宇宙中始终存在着
　　　　3k的背景辐射，并且因此得到诺贝尔物理奖。自此，Gamow的宇宙
　　　　大爆炸(the big bang)得到证实，宇宙学掀开了篇章，然后才能有霍金那种
　　　　传奇人物的出现。
　　　　搞笑的是当年他们是作天线实验时发现这个3K的"噪音”
　　　　玩了命似的要把这个三K噪音作掉，调整天线，换零部件，
　　　　甚至爬到天线顶端去刮鸽子粪便。后来干脆认为是美军
　　　　的氢弹爆炸试验惹得祸，直到牛人指出那个3k的噪音根本就是
　　　　宇宙大爆炸到今天的残余。。

第一大实验的直接结果导致了爱因斯坦(A. Einstein)走向神坛。当然
　　　　在此以前，爱因斯坦在学界已经是赫赫有名，狭义相对论，光电效应
　　　　等等都是他的经典杰作，而这次则验证了他毕生的心血结晶——广义相对论。

　　　　其实这次实验是一次天文测量，简单的说就是看看光线穿过太阳的时候
　　　　会有什么变化。爱丁顿勋爵(Sir Edington)带领一干人等利用日食的
　　　　机会，穿梭在热带雨林中，终于拍下了一张历史意义的照片，笔直的光线
　　　　穿过太阳时发生了弯曲，弯曲的角度和爱因斯坦广义相对论的预言完全一致。
　　　　爱因斯坦的解释是光线被太阳的强大引力吸引而偏转，就和在
　　　　地面上扔出去的石子的轨迹是抛物线一样。

　　　　当时的纽约时报用夸张的篇幅报导了这一观测，所有人都把爱因斯坦称作二
　　　　十世纪的牛顿，他的名声达到顶点。

　　　　然后这个牛顿第二在剩下的几十年生命中和量子力学的创始人玻尔(Niels Bohr),
海森堡
　　　　（ Werner Heisenberg) 等人无止无休地争论，最后以失败而告终。



　　　　世人评说美女，溢美之词从古至今不绝于耳，其实归根结底也无非是两点，其一曰
容貌，其二曰身材，
　　　　两者的完美结合就是传说中的stunning beauty.
　　　　物理学也是一门极度崇尚美感的科学，它的美也无非是两点，其一曰简洁，其二曰
对称。两者一结合
　　　　也是一种骇人听闻的Beauty,典型的如电磁学中的麦克斯韦方程（Maxwell equatio
n). 有修过电磁学
　　　　的人大概都有同感，在经历过眼花缭乱的电学和磁学的公式以后，突然出现在末尾
的麦克斯韦方程简直
　　　　给人一种惊艳如斯的感觉，简简单单几个朴素的联立方程竟然把整个电磁学囊括其
中。
　　　　当然，很多人对这种突如其来的美感的欣赏也只是停留在很肤浅的层次，确切的说
是局限在它的简洁美。
　　　　这其中甚至包括它的创始者Maxwell本人。如果有人能从电磁学读本中的麦克斯韦
方程中看到更深刻的东西，譬如对称性，那么恭喜你，你实实在在是有作物理学大师的潜力
。
　　　　历史上就是有个人从方程中读出了关于对称性的另类东西，并且以此为突破口敲响
了统治数百年之久的牛顿力学的丧钟。那个人就是爱因斯坦，那篇突破性的文献就是《论运
动物体的电动力学》，直接宣布了狭义相对论的诞生。
　　　　将美学贯彻研究生涯始终的大概也就爱因斯坦一人而已。他年轻的时候早就觉得伽
利略－牛顿体系的绝对空间，绝对时间不够漂亮，终于从麦克斯韦方程中寻得突破导出狭义
相对论。后来，他又一次觉得传统
　　　　物理学对于惯性系和非惯性系的生硬分隔实在不够美，终于又一次从引力理论入手
，导出了广义相对论。
　　　　广义相对论的诞生完全是一场爱因斯坦的个人秀，因为当时并无强大的实验压力。

　　　　它可以说是爱因斯坦美学观念的直接产物。
　　　　对称性在数学上的语言叫群论，其在二十世纪后五十年的物理学中的地位可谓如日
中天。当人们沉醉在
　　　　对称所带来的种种美感和成就的同时，孰料没过多久就突然被重重敲打了一棒。
　　　　事情起因于粒子物理早期著名的TAO,THETA之谜。TAO粒子和THETA粒子是在加速器
中发现的两个性质极其类似的粒子，他们的质量，电荷，角动量等等都是完美的一致，然而
要命的是在TAO和THETA的不同衰变道中表现出的宇称（镜像对称性）完全相反，因此人们还
是忍痛把他们分为两种不同的粒子。
　　　　其实还可以有另一种解释，他们根本是同一种粒子，之所以在两个衰变中表现的宇
称不同仅仅是因为在
　　　　衰变过程中宇称并不守恒而已！！
　　　　这种几乎如同皇帝的新装里那个儿童的大喊，在当时也是视为笑谈。甚至如大名鼎
鼎的物理学家，哥本哈根学派的中坚人物泡利( W. Pauli)也不以为然地说，我不相信上帝
是一个软弱的左撇子，我已经准备好下一笔大赌注，我敢打赌实验将获得对称的结论。泡利
关于物理学的打赌几乎是个神话，几十年来凡是他看准的东西从未错过。
　　　　这个案例可以说是常识误导人的又一个经典。上帝似乎是个恶作剧专家，他不停地
微笑着告诫人们，
　　　　众人阿，我是爱你们的，可是，你们一定要警惕阿。
　　　　还是有不信邪的人，一位哥伦比亚大学的著名实验物理学家和美国国家标准局合作
，试图检验在弱相互作用下的宇称守恒问题。这个实验在概念上是很简明的，主要是要利用
一个很强的β放射源（Co60），然后
　　　　在适当控制下极化这个β放射源，使其具有某一个方向性，再放在一个利于观测的
环境中，测量这个放射源是不是有一种先天的方向性。当然，其中涉及到诸如低温下的原子
核的极化等等技术问题，这位伟大的实验家也是一一克服。
　　　　实验的结果很明确，正如这位实验物理学家确认后立即给那个先前提出不守恒理论
的那个理论物理学家打的电话里说的一样，“一句话，宇称守恒已经死了！”
　　　　纽约时报很快以头版刊出了这个大新闻，他们用的标题是“物理的基本观念宣称已
经由实验而推翻”。
　　　　随后，美国物理学会在纽约大饭店举行了一次史无前例的年会(三千多人参加），
来纪念宇称不守恒的发现。与会的一位著名物理学家感慨万千，“经历过相对论和量子力学
的洗礼，我还以为这辈子的激情已经
　　　　燃烧殆尽，不料今天我和诸位又一次站到了历史的转折点。。。。。。”

　　　　说道这里大家已经很清楚了，提出宇称不守恒的理论物理学家正是李政道与杨振宁
，而证实它的那位实验物理学家正是有物理科学的第一夫人之称的吴健雄。本人最高兴的一
点正是在此，一个著名的理论从提出到证实，都是中国人自己作的，这是真正值得全体华人
骄傲的事情阿。而吴健雄的这个证实弱相互作用中宇称不守恒的经典实验也足可跻身二十世
纪物理学十大实验之列。


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神话中的神话

　　　　有一天，如果一位教授了多年实验课的老先生突然看到学生递上来的一份实验报告
，上面的测量数据是0.001159652188(4)。他开始一定是一笑付之，肯定是哪位同学偷懒按
了计算器，懒得竟然连
　　　　有效数字都不改。如果他打开书本查到这个数据的理论值是0.001159652133(29)，
一定会气得暴跳如雷，
　　　　偷懒尚可原谅，编造数据则真的是迹近无耻了，何况这个误差范围竟然在10^(-10
)以内（一百亿分之一），
　　　　编的也太离谱了：）
　　　　然而遗憾的是，他眼前的数据都是确凿无疑的，因为他面对的这个理论是人类有史
以来最精确的理论
　　　　量子电动力学。

　　　　事情还得从头说起，量子力学和相对论的建立以后，人们一直试图把这两朵奇葩统
一到一起。经过多番努力，这一伟业终于在大物理学家狄拉克(Dirac)手中完成。著名的Dir
ac方程就是相对论性的量子力学波动方程，它成功的解释了诸如氢原子能级分裂的问题。Di
rac指出，氢原子的2S(1/2)和2P（1/2)两个能级事实上是
　　　　一样的,这个也为当时的实验所证实。看上去一切都完美的结束了，然而上帝又一
次和人类开了个玩笑。

　　　　这个玩笑就是著名的兰姆移位（Lamb shift）实验。二战结束后，实验上的微波技
术得到了极大的发展。（呵呵，这都是拜二战时各国玩命地发展雷达所赐。仔细想想，我们
能够享受到今天的幸福生活，二战实在是功不可没。核能，喷气式飞机，火箭，计算机，雷
达等等，如果不是二战地催动，少说也要推后好几十年，然而这种科技的巨大进步竟是以上
亿的生命为代价，实在就，，，）。在1947年，Lamb和Retherford用射频
　　　　波谱的方法终于发现氢原子的2S（1/2)和2P(1/2)能级并不是完美的吻合，而是存
在着一个能级差,这个就是著名的兰姆移位。兰姆本人也因为这次精彩加精密的测量而荣获1
955年诺贝尔物理学奖


　　　　这个实验给当时的人们几乎是灾难性的打击，然而顽强的物理学家们痛定思痛，终
于萌生了量子电动力学的
　　　　念头。这个号称有史以来最精确的理论一出世就是一个怪胎，其一是它在数学上的
计算繁复不堪，失去了物理学传说中的简洁美。连玻尔都十分的不以为然，他的口号是，我
不相信上帝会把它的面貌这样复杂地描述给我们听。老玻尔始终还是沉浸在量子力学“简明
”的数学美感之中。其二是它采用的数学方法说白了就是类似级数一级级的展开，这个被很
多崇尚解析的数学家视为极度异端，因为起码连展开的收敛性无法保证。三，它自身也无法
自圆其说，数学家的担忧不是没有道理，著名的红外发散就是一个无法克服的障碍。

　　　　终于有勇士完美地解决了这个问题。J.Schwinger，16岁就成为物理学家的神童，
数学上的任何技术问题都可以轻易克服。他用无比繁复的形式对量子电动力学做了解说，其
中引入了著名的重正化方案(Renomalization)来克服发散。 R.Feynman,另一个天才性传奇
人物，他用无比简单的图论方法对量子电动力学做了说明,这个就是著名的费曼图(Feynman
Diagram).当人们试图努力把这两位天才的思想融和到一起的时候，另一个惊人的消息从遥
远的日本传来，物理学家朝永振一郎(Sin-Itiro Tomonaga)在完全独立的情况下自创了第三
种对量子电动力学的解读方案，而且好像也是正确的。这次人们算是彻底昏倒，好在我们这
个星球上天才从来不缺，美国人Dyson终于以神话般的技艺证实这三种说法是等价的。终于
在1965年，J.Schwinger,Feynman, 和朝永三人共享当年的诺贝尔物理奖。

　　　　量子电动力学的成功是空前的，它标志着电子和光子被人类彻底征服。1900年就发
现的著名的阴极射线——电子到此为止没有任何秘密而言，它的一切秘密都被人类所掌控。
开头提到的数据就和电子最隐私的个人数据g因子相关。（测量的是a, a=(|g|-2)/2，要是
电子MM知道自己的胸围被物理学家测到精准到一百亿分之一，会不会吓得花容失色？：P)。
实验的精度达到百亿分之一，可是所有物理学家都顽固地相信，这个误差始终还是出在实验
那边的。这也是人类强大自信心的表现吧。


　　　　兰姆移位实验，直接促使了量子电动力学的诞生，足可进入十大物理实验的排名：
P


从牛顿力学的危机到相对论的建立——谈寻找以太的实验

　　　　 “迈克尔孙－莫雷寻找以太的实验是物理学史上最著名的实验之一，它曾经是让
所有人充满希望的实验，也是几乎让所有人绝望的实验。它的彻底失败直接导致了牛顿力学
的空前危机，并终于在二十世纪初引发了人类时空观的彻底变革......”
　　　　（－）
　　　　 还是从中学物理课本上引用的伽利略的那段话开始说起吧，
　　　　 "......在匀速行驶的船中，水滴依然垂直下落，而不会偏向船尾：你向不同方向
抛投物体，尽管物体飞行时船在前进，但你不会发现向船尾比向船头容易抛得更远......你
无法根据舱内的任何现象来确定船是在正常的航行或是停在岸边。“
　　　　 伽利略无疑是历史上认识到在一个匀速运动的参考系和一个静止的参考系上作任
何实验结果都不会有差别的第一人。而大物理学家牛顿更是看到了这一观点的深刻意义所在
。他一直在思考自己的牛顿三定理究竟普适到何等程度。终于，在他的著作<<自然哲学的数
学原理》一书中牛顿从哲学的高度解决了自己的困惑。他认定存在着一个绝对静止的空间，
在这个空间里时间是均匀地流逝着的。在其他所有相对这个绝对空间匀速运动的参考系里面
力学规律（他的三定律）都是适用的，正如我们大家所熟知，这种参考系叫惯性系。如果是
非惯性系（相对绝对空间存在加速度的参考系）怎么办？牛顿也不慌不忙地引入了惯性力的
概念，即在非惯性系内的受力物体另加上一个与加速度反方向的惯性力即可。于是，处在一
个自由下落电梯中的我们，就可以心安理得地这样解释自己的失重：我们的身体除了向下受
到的重力以外，还受到与电梯（非惯性系）的加速度相反方向的惯性力了。两种力方向相反
，大小相等，刚好扯平，所以我们感受不到重力是很自然的事情了。
　　　　 牛顿的理论是天衣无缝的，至少在他那个年代的科学家们看来如此。伟大的牛顿
不仅在一团迷雾中指清了光明的所在，而且更重要的是，他给了所有人以强大的信心。生活
在牛顿时代的物理学家几乎是历史上最单纯幸福的一代。在伟人牛顿的光环笼罩之下，他们
几乎不用再担负任何哲学上的艰涩思考而放手拓展数学在物理学上的应用，一批批数学物理
大师滚滚而出，拉各朗日(J.L.Lagrange)，拉普拉斯(P.S.Laplace)，哈密顿(W.R.Hamilton
)，泊松(S.B.Poisson )，直至后来登峰造极的麦克斯韦(J.Maxwell)。从古到今对物理学真
正最具信心的也是这代人，从来也没有人像他们那样自负（或者说狂妄）过，这其中典型的
如拉普拉斯。
　　　　 当年在法国皇帝拿破仑举行生日庆典的宴会上，大物理学家拉普拉斯把自己的新
作《天体力学》一书毕恭毕敬呈给了皇帝预览。这位拉普拉斯大人在物理学和数学上学识相
当了得，但究其人品实在平平，从雅各宾派专政到如今的拿破仑皇帝，他自己也搞不清向多
少人宣誓效忠过了，其实从他热衷献寿礼这件事本身就可看出端倪。不料这次皇帝翻了翻他
的书，却十分不满地问道，拉普拉斯，我翻了这许多页，你怎么只字没有提到上帝？即使是
卑躬屈膝已经成了习惯的拉普拉斯，这次也终于挺直了腰杆，自豪地回答道，“陛下，我的
假设中并不需要上帝。”
　　　　 拉普拉斯不愧是个解偏微分方程的高手，他那著名的宣扬拉普拉斯决定论的豪言
壮语也带有偏微分方程特有的味道，“如果有人能告知我整个宇宙诞生初期的条件和宇宙边
界的条件，我甚至可以计算出整个宇宙的演化历程！”这等几乎是疯子的言语，在当时却激
起一大片的轰然喝彩之声。阿基米德曾经也声称给他一个杠杆他能撬起整个地球，那不过是
夸张地形容了一下杠杆的威力而已，阿基米德本人也未必打算亲自尝试。而这次拉普拉斯的
“嚣张”竟然使得人人跃跃欲试！每一个沉醉在牛顿力学辉煌胜利中的人都是同样的想法，
拉普拉斯的话原则上并非没有道理，以后的物理学家们只需沿着伟人牛顿指引的路走下去便
是，甚至根本不须出什么才能特异之士，只要有几代人在数学计算上的平庸积累之后，物理
学就会成为一个历史名词了。
　　　　 现在想来，拉普拉斯等人的狂妄也着实太过了些。早在1889年，法国的大数学家
，物理学家庞伽莱(H.Poincare)在解决看似很简单的三体问题(三个物体在相互引力下的运
动）时就发现纵然力学方程可以很快的列出，而我们始终是不可能找到完美的解析解的，而
且他发现解的结果对初始条件极其敏感，任何初条件的细微变化最终会导致整个系统的混乱
无序，顺着这条路走下去就是从上世纪六七十年代一直红到今天的混沌科学。这个算是给拉
普拉斯决定论第一个耳光。更响亮的还在后面，那是1920年前后以玻尔为代表的哥本哈根学
派创立的以几率诠释为根基的量子力学。至死坚持拉普拉斯决定论的爱因斯坦忍无可忍，与
玻尔一派展开了一场哲学上的激烈争论。其实即使是爱因斯坦这些决定论的忠诚捍卫者，他
们头脑中的时空观与拉普拉斯的也完全不可同日而语。总之后来这些曲折离奇的变故，纵使
第一智者牛顿泉下有知，也会惊得目瞪口呆的。
　　　　 牛顿力学的危机，倒并不是出现在力学的本身，而是在其旁支电磁学上。相对独
立的电磁学自诞生以来就积累了无数纷繁杂乱的公式，直到有一天碰到了它们的终结者－麦
克斯韦。1864年 麦克斯韦用魔术般的数学手法将整套电磁学浓缩在四个简单的联立方程之
中，并以此预言了电磁波的存在。这不仅在物理学上是件了不起的大事，甚至有人这样评论
，两千年后的人们回想起公元1864年，首先忆起的只怕不是曾经轰动一时的美国南北战争的
爆发，而只是朴素简单的麦克斯韦方程。
　　　　 麦克斯韦方程究其根本来说是凌驾于牛顿力学之上的，而当时的人们宁愿相信它
是牛顿力学最杰出的产物，甚至它的创始者麦克斯韦本人也坚持这样认为。当然，人们很快
发现麦克斯韦方程相当古怪，它并不满足被牛顿视为根基所在的伽利略变换（惯性系之间的
坐标变换）。这其实已经给牛顿力学亮了红灯，但生性乐观的人们宁愿给出另一种解释，麦
克斯韦方程只在牛顿指出的绝对静止的参考系中成立。这种解释立时引发了人们对牛顿力学
的最后也是最高潮的狂热，寻找以太！
　　　　 正如本文开头伽利略所指出的，绝对静止的参考系和匀速运动的参考系是任何力
学实验也无法区分的，然而以麦克斯韦方程为根基的电磁场可以敏锐地判断到底那个参考系
是绝对静止的。当时人们类比声波，认为全空间充满了一种电磁波赖以传播的介质---以太
。虽然以太本身的力学性质被赋予得诡异无比，但兴奋得发了昏的人们已经顾不上那些细枝
末节了，因为寻找地球本身相对以太的速度，也就是相对数百年前牛顿指出的绝对静止空间
速度的实验已经开始了。

　　　　（二）
　　　　 这个实验就是1887年开始的著名的迈克尔孙－莫雷实验，当时人们已经能够利用
光学上光程差引起的干涉条纹的移动来进行极其精细的测量。地球相对太阳的公转速度大约
是30公里/秒，那么不管太阳相对以太的速度多少，一年之中地球相对以太的速度总有超过3
0公里/秒的时候，而这个速度完全可以被迈克尔孙－莫雷干涉仪所探知。这在当时被认为是
人类物理学的最后一件盛事，几乎所有的物理学家都备足了香槟酒指望得知结果后大大地狂
欢一把。
　　　　 然而实验的结果让所有人都寒心不已，无论怎样地调整角度，改变光的波长，在
高山上测量，在矿井里测量，在不同的大陆测量，在不同的季节测量，干涉仪显示的结果始
终是零。难道真的是上帝眷顾，我们可爱的地球恰好就是绝对静止的空间所在？早就经历了
日心说，地心说之争的物理学家们是根本不会相信茫茫宇宙中平凡的地球会如此幸运的。那
问题究竟出在哪里？
　　　　 很多人已经想到到迈克尔孙－莫雷实验零结果意味着地面发出的光速始终是恒定
的，它并不以地球的运动而带来很小的偏离。当时所有人的头脑里伽利略的速度叠加律是根
深蒂固的，在一辆以速度v向前行驶的火车上朝前方打开电筒，光波的传播速度应该是C+v
（C是光速,约为30万公里 /秒）。但既然地球明显相对着以太（绝对静止空间）在运动，为
何光速始终不受影响？
　　　　 没有合理的解释，人们只能又在可怜的以太身上编织更加匪夷所思的特性来扯圆
自己的说法。1892年物理学家洛仑兹和菲兹杰若提出了任何相对以太运动的物体都会有一定
程度的长度收缩，这个收缩刚好弥补了干涉仪上的条纹移动。这等牵强的解释不得不让人想
起了笑话中那位只有本事锯掉箭杆的“外科”医生。
　　　　 在一眼望不到边的苦闷和绝望中头一个警醒地认识到以太本身可能存在问题的还
是庞伽莱，他在1900年就这样写道，“我们的以太真的存在吗？我相信，再精确的测量也不
能揭示任何比相对位移更多的东西。” 当然真正解开这个死结的是人类的骄子，牛顿以后
最伟大的物理学家爱因斯坦。他在1905年那篇著名的论文《论运动物体的电动力学》中明确
指出“引入以太根本就是多余的，因为我在这里提出观念将不需要具有特殊性质的绝对静止
的空间。”
　　　　 年青的爱因斯坦宣告了把时空更紧密地联系在一起的狭义相对论的诞生。他的理
论中彻底放弃了牛顿的那个绝对静止的空间，取而代之的是光速不变原理（光在任何参考系
的速度都是恒定的）和相对性原理。洛仑兹费劲心机弄出来的那个长度收缩成了相对论的一
个显见的结论。
　　　　 爱因斯坦不仅是人类中极其罕见的敢于突破常规，不被表面现象迷惑的天才，而
且他是以美学的观点思考物理学并取得极大成功的第一人。在爱因斯坦万物平权这个朴素的
美学观点中，牛顿那个相比其他惯性系都显得无比优越特殊的绝对静止空间就显得格外得刺
眼了。同时警惕无比的爱因斯坦也注意到前文中提到的非惯性系相比惯性系也未免有了太多
的特殊性，就此他萌生了广义相对论的想法。广义相对论的基本原理在于著名的等效原理，
爱因斯坦指出，在一个相当小的时空范围，不可能通过实验来区分引力和惯性力的。如在一
个密封舱内，观察者发现一个物体以重力加速度g自由下落，他根本无法判断是到底是由于
地球的吸引导致物体下落还是在根本无引力的空间密封舱本身以加速度g向上运动引起的。
得出的推论便是，我们这个空间，凡是有引力的地方都不是真正的惯性系，倒是在引力场中
自由下落的局部空间，由于引力和惯性力两者相消，才可被称作局部惯性系。
　　　　 牛顿关于绝对空间和绝对时间，惯性系和非惯性系的定义到此算是被改得面目全
非。当然牛顿的那套时空观更符合人们惯有的思路，爱因斯坦的相对论就对理解能力多少要
有些挑战了，人类的思维总是由简单到复杂，这是不可避免的趋势。

　　　　（三）
　　　　 从牛顿力学的危机到相对论的诞生，这一段崎岖坎坷的历史为后来兴起的科学哲
学做了极好的注释。一个科学理论的建立第一要解释当时实验条件下的种种现象，第二当然
理论本身要自洽，不能有自相矛盾的地方，这两点牛顿力学完美的做到了。随着时间的推移
，人们的认知手段不断完善，会陆续发现一些理论解释不了的地方，此时人们的第一反应并
不是立刻发展新理论取而代之，而是在旧理论中加入一些假设的前提，比如此例中人们赋予
以太的一些光怪陆离的性质。后来发现不能解释的地方越来越多，人们的前提也越来越多，
慢慢地有的附加前提实在太过牵强（如洛仑兹的那个奇怪的长度收缩），有的则和其它的前
提相互冲突，这时候新理论的出现就迫在眉睫了，一如相对论的诞生。
　　　　 更需要指明的是科学的承继性是很强的，相对论并不是彻底推翻了牛顿力学，而
是扩展了它。牛顿力学只是相对论在低速情况下的近似。这一点很多业余物理学家都没有意
识到，所以每次看到他们厚厚的论文中那些宣称推翻相对论的醒目字眼，我就不由得感到一
阵阵悲哀，他们很多人几年，十几年，甚至一辈子的辛苦努力其实都是白费了。
　　　　 我倒是真诚地建议业余物理学家们不妨考虑一下在时间和空间的概念适用限度以
下的东西。具体说在普郎克时间(5.4×10^(-44)秒，普郎克长度（1.6×10^(-35)米）以下
，时间和空间彻底失去了意义，不能区分过去，现在和未来，也无法分辩上下，前后和左右
，因果关系也不复存在。在这段范围里，你们的各种理论没有相对论的束缚，大可各展所长
，例如可以说我们的四维时空只是N维空间的压缩（N=5,6,7...任意)等等，只要最后记住延
伸到正常时空时，理论要回到相对论即可。关键行文中要郑重声明相对论只是你的理论在某
某情况下的近似，这样的论文虽然由于作者数学功力有所不逮仍不免是一塌糊涂，但我保证
即使再挑剔的专家也不敢只看一眼就断然拒绝了。



爱因斯坦的光子箱，这是一个
　　　　彻头彻尾的思想实验，也是最富戏剧性的实验。
　　　　这个实验肇始于爱因斯坦和玻尔等人的那场关于量子力学基本原理的世纪辩论。
　　　　那是一场火星碰地球的智慧大碰撞，爱因斯坦和玻尔二人宛如多年以前在
　　　　川中岛合战中守望相持的上杉谦信和武田信玄：)
　　　　玻尔等人认为量子力学的一个根本原理是测不准原理，就是在微观情况下无法
　　　　同时测准粒子的位置和动量，时间和能量。譬如在显微镜下“看"一个电子，当
　　　　你要精确厘定电子的位置，根据光学原理则必须要用更高频率的光去照射，
　　　　而光波频率越高，能量也就越大，电子本身也会被光波的能量冲撞的摇摆不定，
　　　　从而动量的不确定性也就越大了。

　　　　1930年在第六届索尔维（Solvay）会议上爱因斯坦则是针锋相对地用他的光子箱
　　　　向玻尔发难。光子箱的结构很简单，一个匣子挂在弹簧称上，一个相机快门一样的
装置
　　　　控制匣子内光子的射出。每次射出光子的时间由快门控制，弹簧称上可以读出整个

　　　　盒子因光子出射而减少的质量，根据大名鼎鼎的爱因斯坦质能关系E=CM**2得出光
　　　　子的能量，这样原则上时间和能量不存在不能同时确定的问题。
　　　　据说玻尔看到这个装置登时口吐白沫，经过紧急抢救时的输氧加上彻夜的苦思之后
，
　　　　玻尔终于搬来了救星，呵呵，那竟然是爱因斯坦本人的广义相对论。发射出光子后
，
　　　　光子箱的质量减少纵然可以精确测出，然而弹簧秤收缩，引力势能减小，
　　　　根据广义相对论的引力理论，箱子中的时钟会走慢，归根到底时间又是不确定了。

　　　　这次轮到爱因斯坦吐血三天了，他费劲心思找来的实验居然成了量子力学测不准
　　　　关系的绝妙证明，还被玻尔等人堂而皇之的载入他们的论文之中。
　　　　整个事件曲折离奇，好莱坞的编剧只怕也相形见绌，不过我一直在想的问题是,如
果
　　　　爱因斯坦本人晚几年发表他的广义相对论,一切又会如何呢。。。。。。




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E=MC^(2)

　　　　题记：
　　　　 如果这也算一场物理学实验的话，它则是最大程度上影响了二十世纪全人类命运
的实验。

　　　　(一)
　　　　 二战结束后不久就有人用战争中死亡的人数除以希特勒那本臭名昭著的《我的奋
斗》一书中的字数，便得出每个字的背后就藏着若干条人命的结论。其实真正要说杀人，古
往今来也从来没有杀得过这个简单的E=MC^(2)的。
　　　　 爱因斯坦(A.Einstein)在构造出狭义相对论不久，就从中推导出了这个古里古怪
的公式。当然从哲学上论起，人类也是第一次认识到质量居然和能量有如此密不可分的关系
，质量再轻的物体蕴含的能量也是极度惊人的。
　　　　 很快即使是小学生也拿这个这个著名的公式计算诸如一颗米粒到底含有多少能量
，这些能量又足以让全国的灯光亮上多少时间之类的问题。饶舌的记者们采访爱因斯坦时问
得最多的也是这个公式，爱因斯坦微笑着反复解释，这个能量只是纯粹是数学推理的结果，
有很大的哲学意义，但是丝毫没有实用的价值，大家尽可以把它当个数字游戏来玩。记者们
耸耸肩，和爱因斯坦一起轻松地笑着。
　　　　此时是公元1905年，无论小学生，记者，还是伟大的爱因斯坦，他们都没有意识到
他们已经一起开始在玩人类历史上最危险的一个游戏。

　　　　（二）
　　　　 哈恩(O. Hahn)现在的人们大概是不熟悉了，但这个名字注定是要载入史册的，因
为他是人类历史上第一个跨进核门坎的人。如果非要类比的话，不妨想像一下盗取天火的普
洛米休斯。
　　　　 哈恩是一个典型的严谨，执着，聪敏的德国科学家，早年学化学出身。在那段物
理学的黄金岁月里，继1895年著名的伦琴射线(X光)被发现之后，居里夫人又陆续提炼出了
钋，镭等放射性元素震动了全世界。当时核物理在整个物理学中一枝独秀，居里夫人本人也
获得了1903年的诺贝尔物理奖和1911年诺贝尔化学奖双份荣誉（好厉害的MM：P）。哈恩的
研究兴趣也开始转向了放射化学这方面来，不过他自己还没有来得及开始，轰轰烈烈的一次
世界大战倒先开始了。
　　　　 即使是从小就深受科学熏陶，凡事都要问个为什么的哈恩，当看到“一切为了德
意志母亲”当时这个当时激动了每一个德国人的标语，一股爱国主义激情也不由得油然而生
（好个油然而生?！）。他毫不犹豫地穿上军装到了西线，作为深受参谋部欣赏的化学博士
，亲自在战场上监督毒气弹的发射。每当对方阵地上一阵黄雾飘过，他就在望远镜里看到英
法士兵痛苦地扔下步枪捂着眼睛在战壕里辗转翻滚。己方兴奋已极的士兵一面抓住他的手脚
把他高高抛到空中一面齐声喊起了“德意志万岁”的口号。他也和士兵们一起真诚得兴奋过
，然而在睡梦中这等惨状一次又一次深深刺痛了他。到底是什么使自己痛苦不堪，他苦苦思
索后想到，也许是良心吧。
　　　　 战后他发誓不再让自己的双手沾上血腥，埋头核物理的研究中。在此其间，哈恩
和奥地利女物理学家梅特涅一起合作了很多研究放射性的实验。在1938年冬天一个寒冷的下
午，他在实验室里用慢中子轰击铀核时发现异乎寻常的状况，铀核像被子弹击中的玻璃那样
裂成碎片。等他耐心地“捡”起了所有碎片之后再称重，发现竟然比没有打碎前的铀核轻了
少许，一瞬之间爱因斯坦的公式E=MC^(2)流星般地在脑中划过。联想到实验中莫名其妙地释
放出来的巨大能量，难道这个就是传说中的核裂变？
　　　　 他简直不敢相信自己的眼睛，马上把实验步骤和数据寄给了当时远在瑞典避难的
合作者梅特涅查实。不知道后来希特勒是不是因为没留下这位在核物理上极其了得的犹太女
人而后悔，哈恩反正是从来不理会纳粹党的警告的，一直保持着和她的联系。梅特涅很快回
复，恭喜他观察到了人类历史上第一次导致质量亏损的核裂变，并认定参与裂变的铀核就是
铀的同位素 U235。（梅特涅身为犹太MM物理学家，连犯希特勒两大忌讳，想在德国混下去
也难。）
　　　　 得知结果的哈恩极度兴奋之余，不免也暗暗心惊，当时战争的乌云已经又一次笼
罩在欧洲上空。他实在无法想象自己的发现会被人们用来干什么……



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（三）
　　　　 无论从那个角度上讲，意大利人费米（E. Fermi）都是物理学中不世出的奇才，
而且很有可能是最后一个在实验物理和理论物理上都有过极大贡献的人。这种真正全才性的
人物在他之前好像也只有伟大的牛顿。
　　　　 核裂变发现不久后，人们就搞清楚了链式反应的机制，每当一个铀核被中子敲碎
，它会自动释放出几个中子去击打其它铀核，核反应就像垮倒的多米诺骨牌一样滚滚前行，
再也控制不了它的脚步，当然伴随反应的以E=MC^(2)为计算公式的骇人听闻的能量释放。
　　　　 当然要实现链式反应的第一步就是要有大量的慢中子。中子源人们早就有了，不
过中子减速一直是个超大难题。这个难题终于被费米在一次核物理实验中意外的解决。
　　　　 当时在罗马大学的费米买到了一些放射性元素氡，马上高兴得像孩子一样用这门
出了名的“中子炮”来轰击各种物质，短时间内就发现了不少新的放射性元素。一天为了研
究银板被中子轰击后的放射性，他在银板背后放了个计数器来探测银板的放射性强度。这个
实验本来很普通，他顺利做完了以后突发奇想，在银板和中子源之间插了块铅版，计数器上
显示的银板的放射性反而增加了一些。费米微微一笑，这个是他意料中的，中子源里发出的
快速中子被铅板一挡速度不免减慢，而正如前文所述慢中子撞击引起的放射性比快中子强得
多的多，最后自然导致计数器上的数字增加。费米向来是个童心很重的人，玩了一下铅板，
又把手头上所有能找到的东西都插在中子源和银板之间试了一下，例如铁片，铝片，铜片等
等。当他偶然把石蜡板插在二者之间的时候，计数器突然疯了一样大声尖叫起来，他一看数
据更是惊得目瞪口呆，计数器上显示的放射性比原来强了十倍不止。
　　　　 整栋物理大楼的人都给这刺耳的啸声吸引到费米的实验室来，大家捂着耳朵讨论
着这个不可思议的现象。费米一时陷入了深思，到底中子碰到了石蜡中的什么东西竟然减速
的如此厉害。突然间他想到一定是石蜡中的氢，也就是质子！他猛地拍了拍自己的脑袋，想
起早年在中学物理课上计算两个小球非弹性碰撞时就已经得出了的当两个小球质量相等时碰
撞损失的能量最大的结论，损失能量最大不正意味着最大限度地被减速吗，要不是碰到和自
己质量差不多的质子，中子哪里能减速的那么快！要说世界上氢最多的地方，那不就是最常
见的水吗，当然如果是中子更丰富的重水(氘核，由一个质子一个中子组成)那就更理想不过
了。（两个小球相撞后粘在一起的习题相信每一位上过高中的朋友都做过，想到利用两个质
量相等的小球碰撞能损最大的原理来给中子减速也不复杂，其实有时候物理学就真的这么简
单，但关键要想的到。）
　　　　 找到了减速中子的关键所在，费米高兴地几乎要蹦起来，摩拳擦掌准备大干一场
。他让所有其他物理学家（包括玻尔，爱因斯坦等人）在内最羡慕的倒不是他极其深厚的理
论素养和对数字天赋的敏感，甚至也不是他独步天下的实验技能，而是他把实验室里的东西
马上工业化的超强能力。当年在哥本哈根的时候，连玻尔，海森堡这些大师级人物都敬服地
称他为“量子工程师”。
　　　　 费米兴奋地开始规划在自己祖国的心脏罗马建成人类历史上第一个反应堆。他彻
夜不眠地设计整个反应堆的工艺流程，认真考虑着可能遇到的每个技术性难题。大到整个工
地的施工图，小到某个零件的设计图，他都亲自参与。不过这个时候莫意大利的法西斯头子
墨索里尼开始收紧了套在知识分子脖子上的绞索，彻底寒了心的费米逃到大西洋彼岸的美国
。
　　　　 从某种意义上说，轻易放走费米是墨索里尼生平犯的最严重的一个错误，甚至比
他在1940年冒然向英法宣战错得更远。


　　　　（四）
　　　　 1941年的一天，大物理学家玻尔（N. Bohr）在被法西斯德国占领已久的丹麦首都
哥本哈根的家中静静地看书，仆人走过来说有个德国军人想见他。一向温文尔雅的玻尔也不
禁急得跳起来喊道，“不是和你说了吗，我不见任何德国人，更不用说德国军人。”谁知那
个穿着军装的德国人已经径直走到了玻尔的面前，玻尔放下眼镜歪着头看了半天，惊讶得几
乎合不上嘴巴，因为来人正是大物理学家海森堡 ( W. Heisenberg)。
　　　　 二人在此种尴尬的情况下会面，不由得四目相对，千言万语一时也不知从何说起
。纳粹占领哥本哈根之后，好端端的玻尔理论物理研究所就此精英四散，心直口快的泡利(W
. Pauli)避祸远走奥地利，海森堡也回去报效祖国了，犹太籍的物理学家精明点的早就打点
行装逃往英美，迟钝点的现在都在集中营。即使巨人爱因斯坦也早就离开了他的祖国，在那
里人们不仅烧光了他写的相对论书籍，还有人出十万马克买他的人头。玻尔想想当年和海森
堡他们一起共创量子力学那段美好的时光，当真恍若隔世。这些人间最智慧的一群精英，每
个人都可以毫不费力地精确预测电子运行的轨道，却没有一个人能够计算出自己的人生。
　　　　 此时的海森堡已经因为他纯正的日尔曼血统和在物理学上的无上威望被希特勒任
命为第三帝国铀计划的总负责人。玻尔也清楚不能再向以前那样畅所欲言了。慢慢地从海森
堡的只言片语中玻尔终于了解到他正担负着一项绝密的计划，大概就是制造一种利用核裂变
的巨大能量的炸弹。海森堡本人其实也正陷入了一场前所未有的痛苦之中，为了祖国他是一
定要把原子弹造出来的，为了全人类就一定不能造出来。他这次来访是想邀请玻尔加入他们
的核计划，但也可以理解有意把这个计划泄漏给玻尔。
　　　　 海森堡走后，玻尔越想越是心惊：纳粹德国工业基础雄厚，资金充裕，海森堡，
哈恩等人都是物理上一等一的人才，他们要是搞出这种威力奇大的原子武器实非难事，那人
类只怕就真的要万劫不复了。想到这里他又不免自我安慰，海森堡未必一定会尽全力吧，但
转念再想，以自己和海森堡相交数十年之久，他的脾气再清楚不过了，那是个标准的不达目
的决不罢休的德国人阿，何况这次有可能事关全德的存亡。
　　　　 玻尔早就有离开丹麦的打算，此时更是打定了非走不可的主意。在英国间谍的帮
忙下，他被人像货物一样塞入一架运输机中。起飞前粗心的飞行员竟然忘记发给他氧气面罩
，饶是这个前丹麦国家足球队守门员身体粗壮得非常人可比，下了飞机后仍不免去了性命半
条。
　　　　 爱因斯坦很快收到了玻尔通报的这一情况。他早就意识到了当年的那个E=MC^(2)
闯下了何等大祸。早在1939年他就向美国总统罗斯福发出那封历史上著名的建议信，提醒他
德国人可能正在研制一种威力之大亘古未见的武器，它的能量就像太阳一样浩瀚无穷，可以
毫不费力地摧毁地球上每一个城市。罗斯福看到信之后微微犹豫了一下，身边的秘书及时点
醒当年不可一世的拿破仑就是因为没有采用蒸汽船的提案到底也没能渡过英吉利海峡。
　　　　 总统点点头在文件上签上了自己的名字，耗资达20亿美元之巨的曼哈顿工程滚滚
启动。




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（五）
众气氛十分热烈，天哪，坐在那里替美国队摇旗呐喊的不就是爱因斯坦吗（＃％×！）

　　　　 被称作原子弹之父的奥本海默这等人物的成长和成功标志着美国已经开始取代德
国成为全球物理学的研究中心。奥本海默自小就以神童自负，学识渊博，兴趣广泛，尤好各
国文学，有过目不忘的本领，于物理学更是天赋惊人，几乎是一点就会，一会就通，更难得
的是他风度翩翩，有一种领袖群伦的气质，能协调好各种关系，规划各方面进度，这一点在
后来被称为人类第一系统工程的曼哈顿计划中显得尤其重要。开始时即使奥本海默本人仍对
困难估计不足，认为只要6名物理学家和100多名工程技术人员就足够了。但到1945年时，他
愕然发现麾下竟然有了1000多名科学家，自己担任主任的洛斯阿拉莫斯实验室更是有“诺贝
尔奖获得者的集中营”之称。 （这些人中有一些中国人，其中包括著名的实验物理学家吴
健雄MM。当时人们打仗打昏了头，什么都换算成军事单位，邱吉尔一直抱怨斯大林什么都听
不懂，只听得懂对方有多少个师，美国人也习惯把钱学森当成五个陆军师来算，那这一千多
科学家抵多少个师，嗯，掰着指头好好算一下。。。。。。）
　　　　 1942年11月，在美国芝加哥大学的地下实验室里，费米的夙愿总算达成，人类第
一个原子反应堆成功运转。看着抽插自如的铀棒灵活地控制着整个链式反应的进程，费米微
笑了，他跑遍整个芝加哥城才买到战时的奢侈品——一瓶香槟。在开香槟前，心情激荡的每
个人都在香槟酒的标签上写下自己的名字，当然也包括费米本人。
　　　　 原子弹原理上早就很明了，中子减速砺鄄康母涸鹑耍?967年诺贝尔物理奖得主
），身穿绿色球衣积极跑动的是扎实的后卫冯·诺伊曼 （ J. von Neumann，大数学家，计
算机的发明人，原子弹研制计算工作的负责人），那个无所事事的在球架上演算数学题的正
是豪华版守门员玻尔 （量子力学的主创者，1922年诺贝尔物理奖得主）。替补队员中有前
途无量的小伙子费曼（R. Feynman ，1965年诺贝尔物理奖得主）。再来看一下观众席，观
众气氛十分热烈，天哪，坐在那里替美国队摇旗呐喊的不就是爱因斯坦吗（＃％×！）

　　　　 被称作原子弹之父的奥本海默这等人物的成长和成功标志着美国已经开始取代德
国成为全球物理学的研究中心。奥本海默自小就以神童自负，学识渊博，兴趣广泛，尤好各
国文学，有过目不忘的本领，于物理学更是天赋惊人，几乎是一点就会，一会就通，更难得
的是他风度翩翩，有一种领袖群伦的气质，能协调好各种关系，规划各方面进度，这一点在
后来被称为人类第一系统工程的曼哈顿计划中显得尤其重要。开始时即使奥本海默本人仍对
困难估计不足，认为只要6名物理学家和100多名工程技术人员就足够了。但到1945年时，他
愕然发现麾下竟然有了1000多名科学家，自己担任主任的洛斯阿拉莫斯实验室更是有“诺贝
尔奖获得者的集中营”之称。 （这些人中有一些中国人，其中包括著名的实验物理学家吴
健雄MM。当时人们打仗打昏了头，什么都换算成军事单位，邱吉尔一直抱怨斯大林什么都听
不懂，只听得懂对方有多少个师，美国人也习惯把钱学森当成五个陆军师来算，那这一千多
科学家抵多少个师，嗯，掰着指头好好算一下。。。。。。）
　　　　 1942年11月，在美国芝加哥大学的地下实验室里，费米的夙愿总算达成，人类第
一个原子反应堆成功运转。看着抽插自如的铀棒灵活地控制着整个链式反应的进程，费米微
笑了，他跑遍整个芝加哥城才买到战时的奢侈品——一瓶香槟。在开香槟前，心情激荡的每
个人都在香槟酒的标签上写下自己的名字，当然也包括费米本人。
　　　　 原子弹原理上早就很明了，中子减速剂也已经找到，似乎唯一的问题就是提纯铀2
35了。这个着实让人头疼，因为天然铀中每一千个铀原子当中只有七个是铀２３５，其余的
都是铀２３８。铀238吸收中子的能力大大强过兄弟铀235。原子弹中的铀只要稍微掺杂一点
铀238，就休想爆炸。提纯铀235的技术相当复杂，主要是利用二者质量不同采用离心分离，
具体细节也是二战结束后通过好多年的技术积累才完善。
　　　　 但很快美国人很快就不必因此而烦恼了，西伯格找到了替代品钚。1942年8月，大
批量的钚在费米的那个实验室第一次被分离出来。人类历史上第一颗原子弹就是钚弹。
　　　　 形势是相当喜人，曼哈顿工程总负责人奥本海默在辛苦工作之余，有时也会开车
到附近的高岗上，望着新墨西哥州一望无际的沙漠，一边品着啤酒，一边想着另外一个半球
的竞争者们不知道干得怎么样了。

　　　　 德国的铀计划起点很高。在那里人类第一次在实验室里分离出纯铀235，也第一次
观察到核裂变，即使从铀矿石储量来说德国也相当丰富，何况他们还控制了几乎整个欧陆的
工业。平心而论，即使纳粹党最疯狂的时候，希特勒等纳粹党魁对科学家还是相当尊重的(
犹太人当然除外)。因此海森堡对率先研制出原子弹颇具信心。
　　　　 自从费米发现中子减速的机制以后，摆在人们面前的减速剂有石墨和重水两种。
德国著名核物理学家布雷格教授根据自己的推算认识到石墨实在是一种最佳的减速剂，当真
英雄所见略同，此时的费米正从美国杜邦公司一口气买了十吨上等石墨。布雷格马上要求位
于拉齐步日的一家军工厂制造出一批特殊规格高纯度的石墨片，谁知道被该厂的总工艺师施
密特狠狠摆了一道。施密特估计这些奇怪的石墨片有军事用途，于是在其中掺杂。布雷格拿
到这些石墨片后实验当然是屡试屡败，越来越怀疑自己的计算出了问题，于是彻底放弃了石
墨，转而指望重水。重水当然也是不错，但整个欧洲只有远在挪威的一家重水工厂。英国的
特工忒也了得，一次引爆就把几吨重水白白地流到了地下，海森堡听到这个消息，气得说不
出话来。此时费米的反应堆已经在成功运转了。
　　　　 再后来盟军的飞机加强了对德空袭。一次空袭警报之后，海森堡掸掸头上的尘土
，走出防空洞，却发现自己的秘密实验室已经炸的连它妈妈都不认得了，他长长叹了口气，
知道第三帝国的铀计划到此彻底破产。（从此刻开始，战争时摧毁敌方的核设施成了第一要
务，二十年前以色列空军奇兵突出炸毁了伊拉克的核反应堆，此刻仍生死不明的萨达姆当时
几乎气得倒仰。嗯，联网打红警时偶们也是这么干的！！！）
　　　　 在战争后期，海森堡一帮人倒也逍遥，他们躲到乡下一个偏僻的地方，似乎已经
被全世界遗忘。连粮食都成了问题，海森堡只好亲自出去挖土豆，在田里有时候抬头望望蔚
蓝的天空他也在想，盟军的飞机会不会突然丢下这种超级炸弹，如果这样又会有多少同胞死
于非难？不管怎样，他也只能安慰自己，多少也算是尽力而为了。
　　　　 晚餐后哈恩，博克等人点起蜡烛在海森堡悠扬的钢琴声中开始讨论一些理论上的
问题。随着战线逐渐延伸到德国境内，他们也听到了隆隆的炮声。海森堡想起了家里的娇妻
爱子，一刻也不能等了，冒着炮火骑着自行车回到家里，刚抱起最小的那个儿子还没来得及
亲吻，美军的吉普车就开到了房门口。
　　　　 美军士兵冲进来的时候，哈恩还在和人在黑板上写写画画，争个不休，对此情形
他先是一愣，然后用英语和美国大兵说道，“请少等一下，ok?我们的问题很快就讨论完了
。”当夜这些人被临时关在附近一家农户的马厩里，一间隐隐散发着粪臭的马厩竟然一口气
圈起来七个诺贝尔奖获得者，也算是千古奇观。
　　　　 即使在战俘营里，这些生性高傲的德国人还是不服气，在他们眼里，实力强劲如
他们都造不出原子弹固然是天意使然，那帮美国佬们估计也没戏。在一九四五年八月的一天
，他们和往常一样安静地吃着早餐，突然听到广播里报道，美国人在日本广岛投下了一颗被
称作原子弹的超级炸弹，广岛全城尽毁，他们一齐放下刀叉，面面相觑，谁也说不出话来。





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（六）
　　　　 把时钟再往前拨一下，在公元１９４５年７月１６日５时许，在新墨西哥州一个
荒僻的沙漠里，奥本海默，费米，西伯格，贝特，费曼一干人等在微风中一齐望着远处那个
尖塔顶端名叫胖子的怪东西出神。
　　　　 每个人都是激动的难以自抑，其实激动倒是在其次，更多只怕是紧张。在打碎魔
瓶之前，谁也不知道会钻出怎样的一个怪物。但是有一点大家均无异议，今天五点三十分之
前的人类和五点三十分之后的人类永远不会一样了。
　　　　 一向持重的奥本海默对这个爆炸比较悲观，认为不一定成功，军方代表，总统特
别顾问基斯塔科夫斯基大大不以为然，他始终充满了信心，两人就此打了十美元的赌。费米
则和人打了另一个赌：理论部的贝特估算此次的爆炸当量大约两万吨TNT，很多人根本不信
会那么大，费米通过自己的计算支持贝特的结果，并和他们打赌，在第一时间让他们得知爆
炸的当量。坐在吉普车里的费曼打得赌更奇怪，他和身旁的人赌自己敢不用防护镜直接肉眼
观看人类第一次核爆，旁人当然不信，费曼通过计算认定自己是在危险范围以外的。
　　　　 五点三十分正，人类第一颗原子弹“胖子“点火成功，首先是一道闪电掠过人们
的眼睛，还没等人反应过来，就出现了一个巨大的火球，一边缓缓上升，一边变换着自身的
颜色，金色，金黄，深蓝，再到紫色，整片沙漠被照得通亮无比，然后火球变成了著名的蘑
菇云，一直冲到三千多米高的空中，引起的气流甚至搅动了高达一万多米的同温层。
　　　　 人们刚回过神，惊天动地的地震波就迎面扑来，这股震波不知掀碎新墨西哥州多
少人家的玻璃，甚至远在澳大利亚的一家研究所里的地震记录仪也忠实地记录了这次核爆。
性情粗暴的基斯塔科夫斯基也顾不上震波，一下子从两米高的观测台上跳下来，朝奥本海默
胸口就是一掌，急着向他讨要十美元。奥本海默早就被眼前的奇观惊得呆住，只是用梵语反
复念着古印度名诗<罗摩衍那>中的一段“漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，
才能与其争辉。我是死神，我是世界的毁灭者。”不怕地震波的倒也不止基斯塔科夫斯基一
个，费米从壕沟中一跃而起，把早就握在手中的碎纸片向空中撒去。望着被风刮得四面散开
的纸屑，费米微一沉吟，就欢喜地喊叫道，“我赢了，这次爆炸的当量在一万八千吨和两万
吨之间！”后来仪器测量的结果证实了费米的估算。至于坚持要用肉眼的费曼，最后还是摘
下了黑色护目镜，躲在吉普车玻璃的后面，成了用肉眼观察核爆的第一人。旁人忙紧张地问
他到底怎么样，费曼慢条斯理的回答道，这种千载难逢的奇观不用肉眼看看，那才后悔终身
那。
　　　　 人类的一个新时代，原子时代，终于到来了。



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之七
　　卢瑟福ALPHA粒子散射实验暨量子力学发展史哦:)
在生活这场伟大的戏剧中，我们既是演员，又是观众，这是一个古老的真理。 ----N。玻尔

　　　　 秋天的哥本哈根是多雾的，即使你起来很晚，也只能看到太阳迷离的面孔。白色
的教堂，尖尖的钟塔亦是若隐若现，一切仿佛都是浮在梦中的国度里。于是你就大致可以明
白为什么举世闻名的安徒生和他的美妙的童话故事会诞生在这个同样美妙的北欧小国里。
　　　　 即使是老练的当地人也经常会在雾中迷路，明明种在门口的梧桐树转眼即逝，而
狭窄的小巷和宽阔的广场会在你意想不到的地方突然出现。当你终于费劲心机摸到一座灰黄
的四层楼建筑跟前，抬手拭去额头的汗水，一定会想要在这样的重重迷雾中寻找一条道路是
多么不易呀！
　　　　 你可曾想到，当年在这座建筑物里工作的一批年轻的物理学家们，又是怎样在如
此的无尽迷雾中找到出路，并从这里延伸出去改变了整个二十世纪的命运？
　　　　 这栋建筑物门前的牌子上面的字迹有些模糊，但仍可辨认出是这样几个字："哥本
哈根大学理论物理学研究所"；而底下的署名"尼尔斯.玻尔"虽经岁月的无情洗礼仍自金光闪
闪。

　　　　 如果有机会随意采访一个物理系毕业的年青人，问他若给他一个选择的机会，他
会选择历史上哪个时期来从事物理工作。他们会不约而同地告诉你是本世纪二十年代。
　　　　 那是任何一个有激情的年青人都可以仗剑走江湖的年代。经典物理学象多骨诺米
牌一样哗哗倒地。头发花白的老学者们徒劳无望地支撑着牛顿力学的大厦，而年青人们旋风
一般的思想让他们既兴奋又恐惧。
　　　　 不管你是刚走出校门的毕业生，还是刚对物理发生兴趣的门外汉，都有机会崭露
头角。一篇简短而深刻的论文就会使你永铭物理学史。权威们在新锐面前退缩，冲锋的号角
在耳边一遍又一遍响起，他们身上的血液随时都在沸腾。那个时代是十足属于年青人的。

　　　　 1
　　　　 1895年，德国的伦琴发现了X射线。
　　　　 1896年，法国的贝克勒尔发现了放射性。
　　　　 1897年，英国的汤姆逊发现了电子。
　　　　 临近世纪末，上帝突然变得躁动不安，他扔下一大把谜语，然后默默不言。陶醉
在牛顿经典力学无往不胜的压倒性战绩的人们隐隐觉得什么地方出了问题，自然界还是有很
多神秘现象没有解释。
　　　　 且不说伦琴目瞪口呆的望着X光照出来的他夫人的手指骨，也不说贝克勒尔莫名其
妙地看着被感光的底片，就说汤姆逊亦是眉头紧锁，对他发现的这种奇异的带负电的小粒子
一筹莫展。
　　　　 汤姆逊是一位物理学界的老前辈，他虽出身贫寒，但凭聪颖好学很快就显示出他
在学界的实力，年纪轻轻就成为卡文迪许实验室的主任，然后是皇家学会会长，剑桥三一学
院的院长，成为牛顿的继任者之一。
　　　　 可是本当兴奋的他却极不情愿地向学界宣布他的新发现。
　　　　 可以理解他的窘状，当时的世界尽管铁轨遍野，电线密布，工厂里的机床彻夜地
运转，但是人们对微观世界的认识还停留在遥远的古希腊德谟克里特时代。大家只知道原子
是世界的本原，但谁也没想过原子到底能不能再分。而可怜的汤姆逊居然把这种比原子小得
多的东西找了出来。
　　　　 这个叫电子的小东西虽然看不见，但是你可以精确地感知它的存在，你可以测得
它的质量，电荷，速度，甚至在它运动的路途上加上磁铁，你会觉察到它的偏转。
　　　　 真是个幽灵。
　　　　 然而学界一阵喧闹之后，就沉寂了下去。汤姆逊本人进行一段时间后，也悄悄终
止了研究，毕竟还有其它太多的事情要做。
　　　　 这些小玩意儿，留给后来人吧，汤姆逊呷完最后一口咖啡，合上了实验记录本。
　　　　 甚至在十年之后的1907年，这片阵地还几乎还是一片静寂。
　　　　 在那一年里，名躁一时的爱因斯坦发表了光量子假说开了第一炮后又匆匆转移到
广义相对论中去。
　　　　 36岁的新西兰人卢瑟福答应在英国领导著名的卡文迪许实验室；
　　　　 22岁的哥本哈根大学学生尼尔斯.玻尔正在足球场上一边心不在焉地守着球门，一
边用粉笔在门框上排演着公式；
　　　　 20岁的薛定谔在维也纳大学里认真地记着笔记；
　　　　 6岁的海森堡还在慕尼黑街头不知疲倦地和伙伴们玩着石子；


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老师的工作注定要由学生来完成。
　　　　 体魄雄壮的卢瑟福刚来到英国卡文迪许实验室的时候，他的洪亮的嗓音吓了所有
的同事一跳。他一看就知道是那种体力充沛的人，但晒得红红的皮肤，粗糙有力的大手使人
更觉得他适合在菜园里栽种马铃薯。
　　　　 好促狭的英国人不客气地称这位外乡人是南半球的野兔，因为擅打地洞才来到了
英国。卢瑟福听说了也没发火，他竭力显示自己绅士般的好脾气来和自己粗豪的外表相对照
。他相信凭借自己的能力一定会在这里取得一席之地的。
　　　　 不久，他的导师汤姆逊让他研究电磁波，他在几个月内就把仪器的接收范围改造
到半英里以外，充分显示了他在实验上的天才，从此汤姆逊对他青眼有加，甚至在自己退休
之后推荐他继承卡文迪许实验室主任的宝座。
　　　　 在1909年，卢瑟福拣起了老师锁在抽屉里的手稿，他开始认真考虑原子的结构问
题了。
　　　　 在几年前短暂而热烈的讨论中，学者们纷纷提出自己对原子结构的看法；而其中
以汤姆逊的建议最为出名。他幽默地称电子就象面包里的葡萄干，而带正电的物质象面包一
样均匀地分布于整个空间。但是有人更带有哲学意味地提出行星模型，带正电的物质在中心
，而电子在周围飞速的旋转，他们认为宏观的宇宙和微观的原子的组成应有暗合之处。
　　　　 鉴于发现者汤姆逊的威名，学界勉强接受了他的解释，可是明显几种解释都有漏
洞，在汤姆逊的面包中，带负电的葡萄干似乎在电磁引力的作用下很难静止不动，而行星模
型中飞速旋转的电子按迈克斯韦的理论没有理由不向外辐射能量，最终也象陨石一样坠落到
中心去的。
　　　　 在此之前，卢瑟福已经从铀的辐射中分离出两种射线，一种是贝塔射线，也就是
老师发现的电子，一种是阿尔法射线，这种射线比最轻的氢原子重四倍，带的电则是正电，
而且电量是电子电荷的两倍。
　　　　 这种更重的射线有个神奇的性质，就象传说中的点石为金一般，它可以将一种元
素转为另一种元素。实验成功的消息刚传出去，立刻导致了欧洲黄金市场上的金价狂贬。报
纸上带有问号的巨大标题是，原子已经分裂，人类末日是否来到？而一些投机商的眼睛放出
了光芒，在他们眼里卢瑟福那群人是二十世纪的炼金士，于是实验室里经常接到豪门巨富的
大额捐款。
　　　　 金钱在任何时代，任何地方都不是坏事，卢瑟福添购了更新的仪器，卖力十倍地
干起来。他卢瑟福办事的精力和效率是有目共睹的，但糟糕的是他喜欢以自己的体力为标准
来要求其他人，经常导致实验室的人陪他一起饿肚子。慢慢他的外号不再是"新西兰的野兔
"，人们敬畏地称他为"鳄鱼"，也许他对未知世界的渴求只有饥饿的鳄鱼对食物的贪婪才能
一比。没想到卢瑟福对这个外号很满意，后来居然经常以鳄鱼自居。直到今天，在卢瑟福的
纪念馆门前还伏着一只张牙舞爪的鳄鱼雕像。
　　　　 不料，鳄鱼很快陷入了困境。在实验中绝大多数阿尔法离子自由自在的穿过了靶
原子，但是有的偏离的原来的路线，甚至倒转回来。这就匪夷所思了，按照老师汤姆逊的模
型，带正电的面包不会轻易让阿尔法粒子随意穿过的，而沉重的阿尔法粒子更不会被轻飘飘
的电子反弹回来，其情形如同一颗疾驶的炮弹被蚊子一挡反弹回来一样可笑。
　　　　 当时的实验条件用现在的眼光看当然简陋无比，一切都只能靠肉眼观测，蓝幽幽
的硫化锌屏幕上每出现一个亮点就表示有一个阿尔法粒子反弹了回来，可是一万个粒子中只
能有一个碰上这样的运气。卢瑟福所能作的只是平心静气地面对屏幕，一个亮点也不能数错
。不幸的卢瑟福虽号称鳄鱼，但是却不具备鳄鱼捕食时超常的耐心。其实不光是他，任何人
盯着屏幕超过五分钟都会因为两眼昏涩，金星乱舞产生误记数从而悻悻地退出观测的。他把
乏味的枯燥工作交给了别人轮流，自己埋头红着眼睛叼着雪茄陷入深思，究竟什么原因有为
数不多的阿尔法粒子竟被打得倒转回来？
　　　　 仿佛一个人在扔硬币，连扔一万次都是正面。在概率上的极度荒谬一定意味着深
刻的物理内涵。那意味着什么，难道原子内当真有一个质量集中的小核，射过去的α粒子只
有擦近核的时候才会发生偏转，如果正好撞到核的时候就会反弹回来，而回来的粒子几率极
小的原因是小核占整个原子的体积太小了，如同足球场上的一粒石子。
　　　　 原来如此！
　　　　 卢瑟福狠狠掷下未抽完的雪茄，很快即使一楼负责看门的耳背的老头儿也听到一
声大吼，"我知道原子是什么样子了！"


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2
　　　　 "量子"这个词语是在1900年12月14日，在德国物理学会举办的一次会议上，从一
个叫普朗克的大学教授嘴里第一次说出来的。在上帝的安排下，它和二十世纪是一起诞生的
。
　　　　 很难用几句话概括这个词语对二十世纪的深远影响。如果大家还对利用对冲基金
的杠杆效应掀起全球金融风暴的祸首索罗斯有了解的话，应该知道这位金融巨鳄的基金会的
名字叫"量子基金会"。对这个奇怪的名字索罗斯的解释是，量子最大的特征就是不确定性，
就象我们手中的股票，债券和外汇所表征的财富一样，随时都可能消失。
　　　　 量子的这种解释是许多年之后物理学家才认识到的，当时可没人这么想。普朗克
引进量子这个词语纯粹是为了解释十九世纪末的两朵乌云之二--黑体辐射中的紫外灾难。
　　　　 首先来说说什么是黑体，黑体是完全吸收落在它面上电磁波的物质，所以我们称
之为黑。我们已经知道自从迈克斯韦提出他那著名的公式之后，电磁波的范围就变得极广了
，从常见的赤橙黄绿青蓝紫七色光，到广播电台的长波，短波，从夜视仪发出的红外线到能
杀死生物体的紫外线，从探索敌踪的雷达波，到神秘的X射线都属于这一范畴。它们的区别
仅在于波长的不同。
　　　　 各种电磁波都是携带能量的，那么我们从黑体上开一个小口，象打开炼钢炉的炉
门一样，测量辐射的电磁波携带能量和辐射频率，就会得到一条曲线。
　　　　 如何解释这条曲线是一直困扰所有物理学家的问题。琼斯曾经提出一个公式，在
长波阶段符合得很好，但这个公式有显然的漏洞，当电磁波的波长一短，譬如在紫外线段，
能量会变得很大。按照琼斯的算法，你刚打开微波炉，紫外线强大的能量会顿时将你击毙在
地的。这就是著名的紫外灾难。
　　　　 后来在短波段维恩也提出了一个公式，但适用范围也仅限于短波。
　　　　 普朗克是个研究辐射问题的专家，他用插值的方法将曲线长波，短波两头都连接
了起来，提出自己的公式，结果非常完美。在推导过程中，他引入了一个大胆的假设和一个
神秘的常数。
　　　　 他的假设是能量是一份份传递和吸收的，而每一份能量都和一个非常小的常数有
关。
　　　　 这对当时所有的物理学家来说，不异于晴空霹雳。
　　　　 从亚里士多德时代以来，人们的潜意识中认定世界是连续的。所谓连续的意思是
物质是可以任意分割的，上帝不喜欢整数。研究数论的数学家可能不喜欢这句话，可是在大
部分物理学家看来，如果不研究小数点后的东西，整个自然界就没有意义了。
　　　　 你可以从一根连续的线上，随便剪下任意的一段长度。你也可以从一杯水中喝掉
任意任意少的水。而物理学家们总喜欢把物体或者运动分成无穷小段来考虑，这已经成为惯
例。反正拉丁语中有一句经典名言：自然不突变（Natura non facit saltus)。
　　　　 而普朗克大声地告诉我们，不是这个样子的。不可能存在一点五或二点五个量子
之类的说法。能量的最小份额就是一个量子所携带的能量，普朗克给出的公式是 。ν是电
磁波的频率，而h则按照惯例命名为普朗克常数。这个原本拼凑出来的常数竟成了物理上最
著名的三个常数之一，另外的一个是牛顿万有引力常数G，光在真空中传播的速度c。黑体辐
射的任何能量都是它的整数倍。

　　　　 纵使普朗克在学界威望了得，大部分人也没有在意他的假说。但是有个年青人却
深刻地认识到它的重要性。
　　　　 他就是爱因斯坦。
　　　　 造化弄人。爱因斯坦自己也没想到亲自接生的量子力学若干年后竟成他发誓也要
扼死的对象，要不是玻尔一帮人的精心呵护，量子力学的命运还不知会怎么样呢。
　　　　 爱因斯坦的光量子理论是解释光是如何射到金属表面打出电子的。这在物理学上
称为光电效应。19世纪物理学最成功的理论之一是推翻了牛顿的光粒子学说，确立了光的波
动学说，而迈克斯韦方程则将光牢牢钉到电磁波中去，无数的实验证明了这一结论。
　　　　 但是光电效应和看来确凿无疑的波动理论格格不入。简单点说，光更象一个个粒
子钻入原子，并将电子硬碰出来，就象小孩子们常玩的弹子一样。而每一个粒子，按爱因斯
坦的说法，就是普朗克提出的量子，能量不可再分的那一种。
　　　　 几乎每个物理学家对这个解说都在大摇其头。关于光是粒子还是波的说法人们已
经争了几百年，好不容易将光验明正身收了场。不料，爱因斯坦却将旧案翻了过来。
　　　　 还是让事实来讲话吧。
　　　　 检查的方法很明确，你不是赞成光是粒子么。那么所有的粒子都具有动量（质量
与速度的乘积），那你找到光存在动量的证据不就完了。
　　　　 重任落在美国物理学家康普顿身上。
　　　　 康普顿是个研究射线的专家。他既喜欢拉提琴，也喜欢打网球，而且由于出了名
的力气大，不仅经常拉断琴弦，而且打出网球的速度简直比得上他研究的宇宙射线。当然他
最喜欢的还是跑便全球测量各地宇宙射线的强度。
　　　　 一次，他带上设备远赴墨西哥。在站台上，人们看到一个轻松的美国绅士手拄文
明棍，后面跟着一大队被仪器压弯了腰的墨西哥小伙，警察检查行李的时候，认定他那宝贝
仪器是用来造炸弹用的。可怜的康普顿即使衣冠楚楚，也不得不在龌龊的拘留室中留了一宿
。
　　　　 康普顿将X射线入射到石墨晶体上，并在其背面测得散射的X射线的波长有位移。
这称为康普顿效应。
　　　　 用康普顿自己在的论文《X射线在轻元素上散射的量子理论》作出的结语来说："
对这个理论的实验证明，非常令人信服地证明，辐射光子既带有能量，有带有定向的动量。
"
　　　　 看来原有的观念需要再次更新，人们不得不尴尬地接受光既是粒子，也是波的看
法。
　　　　 不要感到不习惯，这里蕴藏着一个更本质的思想，直接促使了量子力学的诞生，
可是纵使天才如爱因斯坦当时也没有深想下去。


　　　　 1911年的第一界索尔维会议的气氛是沉闷的。
　　　　 索尔维本人是个比利时的化学工业家，曾因获得氨碱法制碱的专利而发了大财。
这位科学致富的知识分子对物理学，尤其是理论物理学情有独钟，虽然自己在这方面无甚造
诣，却可以请到世界上第一流的理论物理学家来到布鲁塞尔召开国际性物理会议。
　　　　 这次会议聚集了二十三位欧洲一等一的物理学人才。他们面无表情地听完了普朗
克和爱因斯坦的报告。即使在距提出普朗克常数11年之久，普朗克仍小心翼翼地用上假设的
字眼儿。而爱因斯坦的狭义相对论在那时也不过被认为是毛头小伙变的魔术而已。
　　　　 两个宇宙常数，h和c都在那时提出，它们一个代表宏观，一个代表微观，但都没
得到一致的确认。光速c是相对论中必不可少的基础，而没有普朗克常数，后来的量子力学
无从谈起。
　　　　 最后，会议的发起者，老态龙钟的洛仑兹站起来发言，老人的声音有些含混：
　　　　 "非常有可能，在我们这些人在这里讨论这些复杂混乱的问题时，在地球上某个僻
静的角落，某一个思想家已经解决了它。"
　　　　 所有在座的人都沉默不语。

　　　　 没有人料到路该怎么走下去，因为此时--
　　　　 26岁的尼尔斯.玻尔还在卡文迪许实验室的卢瑟福手下当助手，每天揉着红红的眼
睛苦无收获。
　　　　 11岁的维也纳中学生泡利深更半夜一个人跑到野外观察星象。
　　　　 10岁的海森堡已经可以流畅地奏出巴赫的狂想曲。
　　　　 9岁的狄拉克经常沉默地缩在教室一角。
　　　　 3岁的朗道已显现顽强执拗的天性。


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3
　　　　 尼尔斯.玻尔是一个典型的丹麦人，尤其令人难忘的是他的大鼻子。如果看到他父
亲和兄弟的照片，就会明白这是他们家族的标志之一。
　　　　 小时候玻尔就活泼好动，他经常喜欢顺着螺旋型的爬梯攀到钟塔的最顶一层，每
每会引起在塔下的教堂中祈祷的大人们的阵阵惊叫。更奇怪的是小玻尔这么做既不是和伙伴
们好勇斗狠，也不是为了眺望远处海港里的片片白帆，而仅仅想了解大钟的指针到底是怎么
转动的。
　　　　 很难想象一个几岁的小孩会对密密麻麻的齿轮感兴趣。但在玻尔家里看来这绝对
算不上好事，这是玻尔的父亲一次下班回来发现玻尔坐在地上把家里唯一的大挂钟解构成一
堆齿轮和发条时深刻意识到的。
　　　　 很快小玻尔成为家里的义务修理师，但是经玻尔修理过的东西显然起色不大。慢
慢大家发现，与其说玻尔是想把它修好，还不如说他仅仅是想了解其中的结构而已。
　　　　 一次，玻尔选中了父亲那辆还算新的脚踏车，不过这可是个大家伙，一个人对付
不了。玻尔发动了自己的小伙伴们，孩子们一番努力将车的飞轮卸了下来。到往上在装的时
候可就犯了难。这时玻尔发挥了自己的天赋的领导才能，他有条不紊地指挥这个扶住车子，
那个紧上螺丝，大家忙了一上午总算装拼成功，虽然第二天玻尔倒霉的父亲刚骑上去不久，
飞轮就在主人的惊呼声中远远地飞了出去。
　　　　 这是玻尔第一次认识到合作的重要性，有些事情纵使是天才也不能独自完成的，
若干年后玻尔组织一批人象拆卸那辆自行车一般拆卸原子时，心中的想法也是一样的。
　　　　 在玻尔读书的时候，小伙子在物理和数学上的逼人才气已经展现出来。他的弟弟
海拉德，拆卸飞轮时的"帮凶"之一，亦是聪敏过人。在球场上，兄弟俩一个充任中卫，一个
担当门将。但是球风凶悍的海拉德的辛苦往往被漫不经心的门将玻尔所废弃。往往当球朝球
门直飞来的时候，玻尔的脑子里还在转着些复杂的公式。他命中注定不是来扑救这种黑白相
间的足球的，而是一种叫原子的小球的。
　　　　 这时的玻尔在学生中的印象是迟钝，不光踢球时如此，平时任何一件事反应最慢
的就是此君。和小时相反，现在的玻尔更喜欢沉迷于哲学思辨中。除了哲学和足球之外，自
小就手拙的玻尔更喜欢跑到实验室里去。尽管实验室的老师并不欢迎这个创造了一年内打破
玻璃器皿的最高记录的学生。
　　　　 一次，实验室里传来轰地一声巨响，连校长室里的人都给惊动了。秘书朝外看也
没看就安慰慌乱的校长道："不要紧，肯定又是那个叫玻尔的学生给弄的。"
　　　　 看来除了玻尔不足称道的实验技能之外，他的好奇心也委实过强了点儿。
　　　　 但是此时的玻尔已经立志把物理作为自己的终身职业了，年仅二十一岁的他出手
不俗，在一次科学院悬赏征求有关液体表面张力的论文中获得金质奖章，得到当时最有名气
的物理学家瑞利的首肯。
　　　　 这一年当真喜事连连。他的兄弟海拉德作为丹麦队国家队的中场核心在英国举办
的奥运会中大显神威，而玻尔作为替补在卖力地挥动着手中的红白两色国旗。赛后，大鼻子
兄弟成为丹麦球迷们议论的核心。多少年后，有人看到报纸上玻尔手捧诺贝尔奖的金质奖章
的照片时，心里还在纳闷：这个大鼻子看起来怎么就这么眼熟呢？
　　　　 不久玻尔的博士论文答辩就开始了，他的题目是《金属电子理论的研究》。他又
创了一个记录，只用一个小时就以博士的身份离开了学校。希加德教授第一个发言，也只能
从文法修辞方面挑些纰漏，其他人则都是不停的赞誉。
　　　　 小小的答辩室挤满了人，大家都对这个年青人和他的理论感兴趣。不过更使记者
感兴趣的是丹麦国家队的成员一个不少地都在那里，球员们都坦然承认他们听不懂玻尔兄弟
的讲演，但这并不妨碍帮他们助威，不管在球场上，还是在答辩室里。
　　　　 但是这次玻尔象在球场上无所事事的守门员一样显然没有扮演重要角色。他讲完
匆匆拎起书包就走了，原指望看到法庭里类似的指控和辩诉的情形的人大失所望。
　　　　 玻尔的理论太过新颖，以至没人能向他发问。
　　　　 凭心而论玻尔对自己这篇花了两年时间准备的论文是不满意的，里面用了大量的
经典公式推出意义不大的结果，他认识到要解决电子之类微观的东西，原有的观念必须舍弃
。若是十年以后的玻尔看到这篇文章，他会飞快地揉作一团丢在废纸篓里的。
　　　　 不过这几年也算没白过，至少他凭自己的才华结识了后来的玻尔夫人，当时年轻
貌美的玛格丽特小姐。

　　　　 经过一个暑假的休憩，玻尔来到了英国的剑桥。这里是公认的物理学的发祥地，
如果一个学物理的没有来过这里，仿佛穆斯林没有到过麦加朝觐。在这座宁静的校园里升起
过多少辉煌的明星呵。仅牛顿一人就称得上气盖百世。他的耳畔想起了斯宾塞的诗句：
　　　　 "剑桥，我的母亲，
　　　　 在她那顶冠冕上，
　　　　 缀有多少睿智，多少冥思……"
　　　　 当他漫步在三一学院时，总感到巨人牛顿的眼光在不远处盯着自己。牛顿在这里
度过了他一生中的大部分，这里的每寸土地都留有他的脚印，他曾经坐在这里的草坪上和热
心的学子们讨论上帝之谜，也许就是在这棵苹果树下悟出了万有引力定律。最终是他使三一
学院的威名远播，而学院院长的职位成了学界荣耀的象征。
　　　　 玻尔工作的单位就在卡文迪许实验室，人们怎么也没想到他竟和主任卢瑟福先生
成了莫逆之交。他们一个身高体壮，声若洪钟，一个温文尔雅，慢声细气；一个来自新西兰
的农庄，一个出身于哥本哈根大学的教授家庭；一个脾气暴躁，一个内向迟钝。再想找两个
脾性反差如此之大的人只怕就不易，他们怎能谈的来呢？而且玻尔的实验能力实在不敢恭维
，可卢瑟福总是一副信任有加的样子。
　　　　 卢瑟福的想法是卡文迪许实验室能动手的人着实不少，但是真正具有物理头脑，
并兼备深厚的数学功底的人并不为多。玻尔这个人看似迟钝，但他的思想磅礴大气，浑然天
成，别人是万万比不来的。而卢瑟福本人的理论功底算不上突出，这就更需要人在旁边辅佐
。
　　　　 卢瑟福的成功的实验引起玻尔很大的兴趣，他整天纠缠于线圈和导线之间。闲暇
的时候则是在思考卢瑟福的原子结构。显然，这个模型也有经典物理所不能理解的内容，电
子在核内如此高速地运转，如何能量不会耗尽呢？这个问题是致命的。
　　　　 此时的玻尔有幸了解到普朗克的量子假说，或许卢瑟福原子中的电子也是受量子
作用支配的呢？
　　　　 他开始通过计算来验证自己的想法，往往从早忙到晚。连素来精力过人的卢瑟福
也不由得叹服。但结果却总是不如人意，捣蛋的原子是不肯轻易就范的。一切都是苦无头绪
。
　　　　 从此玻尔象换了个人一般。晚上人们经常可以看到一个白色的幽灵在实验室徘徊
，深夜里还听的见单调的皮鞋声。白天则一动不动的坐着，脸上仿佛失去了表情，眼睛也是
浑浊的，简直是个痴呆症患者，连卢瑟福也暗暗担心了。
　　　　 终于有一天，玻尔突然径直站了起来，冷静地说道："也许我知道了什么。"然后
麻木已久的脸上微微泛出红润。
　　　　 "你们谁能告诉我关于原子和电子的性质，越详细越好。"当玻尔准备走出大门的
时候，突然想起来什么回过了头。
　　　　 一个同事向他介绍道，原子的化学性质呀，磁性呀，旋转呀，光谱公式呀……
　　　　 "等等，光谱哪有什么公式？"玻尔突然打断道。
　　　　 "你会不知道光谱公式？"同事迷惑地望着他，但还是不厌其烦地讲起来这是一个
多么漂亮的公式，如何解决了很多问题。
　　　　 玻尔没等他说完，就飞奔图书馆。马上他就查到了那篇短短的巴尔末公式。这个
公式因为形式完美，几乎所有的理论物理学家都知道，偏偏玻尔将它漏过。
　　　　 玻尔那双锋利的眼睛仅仅扫过几行，他就听见自己心脏的强烈跳动了，找的就是
它！


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那时侯人们研究原子最有效的方法是观察它的光谱。牛顿当年就让一束日光通过三棱镜，
分成七种颜色，这实际上就是光谱。后来在19世纪，英国的沃莱斯顿和德国的夫琅和费分别
发现了太阳光中总有几条暗线，后来发现暗线达上千条之多。
　　　　 随着实验的发展，人们发现在酒精灯的火焰上撒上食盐（氯化钠），就会观察到
一条宽阔的黄色光谱。这实际上就是钠元素本身的标志。每种元素都有自己的标志。只要该
种元素存在，哪怕只有极少一点儿，也会观察出来。而太阳光中的暗线则意味着阳光在穿越
这些元素时遭到吸收。于是我们只须对照一下光谱本上的光谱，就会查到太阳上有什么元素
。有些神秘的暗线则意味着新元素的出现。然而原子发光的秘密始终没人给出合理的解释，
现在轮到玻尔了。
　　　　 中学教员巴尔末是在1885年提出这个公式的，那次也属偶然。他闲来无事，将氢
原子的几条谱线的波长的数值当一般的数字游戏玩耍，它们是6526.79，4861.33，4340.45
，4101.73等等。但是很快发现了一个惊人的规律，每一个数字都是和一个自然数相关的，
比如6526.79正比于 ，4861.33正比于 ，4340.45正比于 等等。
　　　　 这是个了不起的发现，可是谁也将它解释不了，在一次学界聚会的最后一天晚上
，两个物理学家为明天的远别在一家酒店干完最后一杯。小个的中年人紧紧拥抱着大个的年
青人，并送他一个笔记本作为纪念。大个的那个则终生也忘不了扉页题的词："什么时候解
决了巴尔末的公式之迷，我一定请你在这个酒店痛饮葡萄酒。"小个的教授名字叫索末菲，
大个的年青人叫德拜。，他们都是后来对量子力学的发展作出贡献的人。
　　　　 玻尔可不这样认为，在向来充斥着小数点的物理学里居然会出现1，2，3之类的整
数，这和普朗克的量子观点不谋而合。看来古希腊毕达哥拉斯鼓吹上帝偏爱自然数也是有其
道理的。
　　　　 光谱公式两个最普通的地方，泄露了上帝的秘密。减号和数字3，4，5，6 的交替
。玻尔经过深思熟虑后，终于发现了真理。
　　　　 减号的两端联系了两个和整数相关的量。因为第一个数减去第二个数，就产生了
一分频率固定的光。而巴尔末公式里的平方的倒数使玻尔更是激动不已：电子绕原子核旋转
时的能量也是和平方成反比的呀。这样说来，减号两端的量都是和原子能量相关的。事情到
此再清楚不过了，光所带走的能量就是原子所失去的能量。原子发光看似神秘，说穿了却也
很平常。
　　　　 显然原子的能量不是连续的，而象阶梯一样是一步步的。每个阶梯对应的能量叫
做能级。每一个能级对于电子这辆微型汽车来说都是一条公路，可是调皮的电子可以从一条
公路跳到另一条公路，而不怕交警递给它的罚单。当电子从高能级跳到低能级的时候，就会
发出光线；当光线从原子经过的时候，就会将其中的几根光线吸收。无论发射还是吸收，导
致原子能量的变化与神秘的普朗克常数有关。从而氢原子的各条光谱是由原子跃迁的始末能
级，当然这整数有关了。
　　　　 而且，玻尔断言在每一个能级上原子是绝对稳定的，不会朝外辐射能量。即使辐
射能量，原子也是一次就发出的，发射完原子又恢复到稳定的状态。这样卢瑟福关于原子结
构的行星模型的稳定性也得到了解释，真是一举几得。
　　　　 玻尔将自己的研究成果整理出来，交给卢瑟福看。不久他就收到答复：你的理论
在解释氢原子光谱上算得上是完美卓绝，可是你又怎能把普朗克的奇怪理论和经典力学结合
在一起呢？
　　　　 实验物理学家接受新思想总是比作理论的人慢上一拍。卢瑟福也不例外，作为一
个典型的实用主义者，他还不能理解普朗克那些无用的量子究竟会在自己的实验室里扮演什
么角色。
　　　　 在他看来，一个电子就象是绕着花朵飞舞的蜜蜂一般。他提出反驳玻尔的论据是
：请你说出电子从一个稳定状态跳到另一个稳定状态，它是怎样决定自己的频率呢？难道电
子事先就知道自己该落在哪条轨道上？
　　　　 玻尔当时就是一愣，迟钝的他不可能当场找到辩词的。不过玻尔是个痴迷的人，
立时没想通的事情过后也要慢慢想。这时他的脑海里第一次升起"概率"这个词，电子从高能
级跃迁下来，它到任何一条轨道都是有一定几率的，就象赌徒们扔下骰子，他也把不准自己
会扔到1还是扔到6。这个观念最终导致了量子力学的几率解释，从而引发了一场亘古未有的
大辩论。
　　　　 当时玻尔还想不到这么深远，但他觉得一个新理论出来不可能面面俱到，只要有
一点合理的地方就应该来出来让大家讨论，何况它还很完美地解释了氢原子发光的问题呢。

　　　　 玻尔斟词酌句地在论文中展出了自己的思想，经过反复修改，终于完稿。卢瑟福
看了之后，笑道，你这篇论文未免也太长了，英国人可是跟你们可是不同呢，他们总是以简
洁为美，而你们日尔曼更喜欢长篇大论。
　　　　 可是在玻尔看来，从这篇每个单词都是心血的论文中删掉一些东西，还不如挖掉
自己的肉呢。不过，玻尔也有办法，他将自己题为《论原子和分子结构》的论文分成三部分
发表在《哲学杂志》上。
　　　　 于是，玻尔著名的"三步曲"诞生了。
　　　　 在这篇具有划时代意义的文章中，玻尔将普朗克的量子理论引入到卢瑟福的原子
模型中去，并且提出能量的发射和吸收并不象以前人们认为的那样是连续的，而仅仅是原子
从一种稳定状态过度到另一种稳定状态时才具有的。原子处于通常的状态时，无论电子怎么
转都是稳定的。
　　　　 学界从玻尔造成的轩然大波中清醒后的第一件事就是让玻尔提供实验证据。这对
玻尔来说是傻眼了，但绝难不倒卢瑟福。他给他的老友伊万斯去信让他去测量氦气的光谱。

　　　　 玻尔的论文中预言了皮克林和福勒发现的几条光谱线不是属于氢，而是属于氦的
。当伊万斯这位实验老手将纯净的氦气充满玻璃试管并测量后，验证了玻尔的结论。
　　　　 福勒本人不同意玻尔的结论，他这些即使是氦的光谱它们的波长也和玻尔计算的
有偏差。玻尔则认定福勒所测到的只不过是被剥夺了一个电子的氦原子的光谱；经过修正玻
尔把他这种偏离了的光谱也计算出来，和福勒的数据完全吻合。自此玻尔的大名和他的理论
远播欧陆。
　　　　 当在维也纳的爱因斯坦知道这个消息时，也是大吃一惊。他当即认为这是人类少
有的重大发现之一，但是在一次聚会上，爱因斯坦终于支支吾吾地说了句坦白话："
　　　　 我想，可能在某一天，我也产生过类似的想法，可我没有勇气公布于众……"
　　　　 千万不要用世俗的眼光去看爱因斯坦，认为他的这个马后炮不过是在挽回自己的
面子。爱因斯坦一贯是个严肃而认真的人，何况他当时正在从事高难度的引力理论，这一点
也不损害他的形象。
　　　　 如果把物理学家比作与上帝弈棋的人，爱因斯坦则是思路深远的高手，他深知这
一步下去会导致怎样的结果。这最终将会使得概率观点在人们对自然界的解释中与站上风，
但这与他终身信仰的决定论思想是尖锐矛盾的。
　　　　 若干年后，他孤身一人面对众多信奉量子力学的人半开玩笑半认真地说道："我不
相信上帝会掷骰子。"
　　　　 爱因斯坦和学界的分歧就起源于此时，但当时爱因斯坦是想不到那么多的。他以
无比的兴奋赞扬道：
　　　　 "这些不牢靠而且互相矛盾着的基本原则，却足以能使具有玻尔那样独特直觉和理
解力的人发现光谱线和原子电子壳层的一些重要定理，无论怎么看来都是一场奇迹。仅此一
项，玻尔便可名垂千史。"
　　　　 玻尔的论文中预言了皮克林和福勒发现的几条光谱线不是属于氢，而是属于氦的
。当伊万斯这位实验老手将纯净的氦气充满玻璃试管并测量后，验证了玻尔的结论。
　　　　 福勒本人不同意玻尔的结论，他这些即使是氦的光谱它们的波长也和玻尔计算的
有偏差。玻尔则认定福勒所测到的只不过是被剥夺了一个电子的氦原子的光谱；经过修正玻
尔把他这种偏离了的光谱也计算出来，和福勒的数据完全吻合。自此玻尔的大名和他的理论
远播欧陆。
　　　　 当在维也纳的爱因斯坦知道这个消息时，也是大吃一惊。他当即认为这是人类少
有的重大发现之一，但是在一次聚会上，爱因斯坦终于支支吾吾地说了句坦白话："
　　　　 我想，可能在某一天，我也产生过类似的想法，可我没有勇气公布于众……"
　　　　 千万不要用世俗的眼光去看爱因斯坦，认为他的这个马后炮不过是在挽回自己的
面子。爱因斯坦一贯是个严肃而认真的人，何况他当时正在从事高难度的引力理论，这一点
也不损害他的形象。
　　　　 如果把物理学家比作与上帝弈棋的人，爱因斯坦则是思路深远的高手，他深知这
一步下去会导致怎样的结果。这最终将会使得概率观点在人们对自然界的解释中与站上风，
但这与他终身信仰的决定论思想是尖锐矛盾的。
　　　　 若干年后，他孤身一人面对众多信奉量子力学的人半开玩笑半认真地说道："我不
相信上帝会掷骰子。"
　　　　 爱因斯坦和学界的分歧就起源于此时，但当时爱因斯坦是想不到那么多的。他以
无比的兴奋赞扬道：
　　　　 "这些不牢靠而且互相矛盾着的基本原则，却足以能使具有玻尔那样独特直觉和理
解力的人发现光谱线和原子电子壳层的一些重要定理，无论怎么看来都是一场奇迹。仅此一
项，玻尔便可名垂千史。"


4
　　　　 玻尔象个在田间劳作了一年的老农，现在他要收获他的果实了
　　　　他首先把目光集中到了元素周期表。
　　　　 元素周期表是上个世纪七十年代由俄国的门捷列夫提出来的。当时无论在什么人
看来这都是人类的一次巨大胜利。门捷列夫根据周期表预言了几种新元素，类铝（镓），类
硼（钪），类硅（锗）最后一一得到证实，从而元素周期表的名字传便全球。
　　　　 玻尔根据自己的三步曲提出原子核外有电子在绕它转动，最简单的氢原子外层只
有一个电子，然后随着原子序数而逐渐增加，并形成周期律。当时最多的是核外面有92个电
子。它们在玻尔计算的轨道上一层层垒起来，象儿童们搭的积木一样。既然从没有人象玻尔
那样对元素周期律的本质了解地如此深入，那么玻尔也该对元素周期律说些什么了。
　　　　 这时卡文迪许实验室里精干的小伙子莫塞莱帮了玻尔的忙。他原来一直再和理查&
#8226;达尔文（著名的生物学家达尔文的孙子）联手在曼彻斯特研究X射线，当他一了解玻
尔的理论，就找到玻尔要求合作。
　　　　 当时，大部分人认为玻尔的理论不过是一堆数学游戏而已，而莫塞莱决心在X射线
上为玻尔找到证据。他的想法是：X射线是从原子内部的电子产生的，那么我只要测得一系
列元素的X射线谱，那么不就可以验证玻尔的结论了？
　　　　 在实验室里人们向来公认莫塞莱的活力是不下主任卢瑟福的。从下午3点到晚上3
点，他都泡在了实验室。很快他找到了需要的东西，一个长一码，直径一英尺的玻璃圆桶，
在圆桶中心放上了一节玩具火车和轨道，在X射线的照射下，将盛着样品小车拉来拉去。
　　　　 底片的结果是惊人的，它们呈现出周期性的变化，玻尔胜利了。

--------------------------------------------------------------------------------
第二天玻尔心情惆怅地走到报告厅门口，往常这里应该挤满了人来听这位原子大师的讲座
。今天也许只有我一个人了吧，玻尔边想边走了进去。
　　　　 大出玻尔意外的是，大厅里仍然坐满了人！所有人的目光中充满了激情。看来即
使在最战乱的时候，也不能阻止人们对科学的向往。

　　　　 玻尔和卢瑟福分外忙碌，很多人走了，剩下的活只能自己干。战争年月讯息也被
中断了，他们不知道同盟国那边的同行们的研究进展到何种地步，更不知道实验室里那群生
龙活虎的小伙子们现在是死是活。他们在一起除了讨论物理问题，就是诅咒什么时候这该死
的战争究竟会结束。
　　　　 一天下午，玻尔顺手接过了看门人递给他的报纸，上面的头版是"海军大臣丘吉尔
的疏忽导致加里波第半岛的冒险惨遭失败。"他也没有认真读，就塞在纸篓里。当时报上的
此类消息实在太多了。
　　　　 但是紧接而来的消息让玻尔和卢瑟福都大吃一惊，他们知心的同事，几个月前还
活蹦乱挑的棒小伙，学界难得的人才莫塞莱在那场战役中牺牲了。
　　　　 莫塞莱死了！！
　　　　 玻尔难过地弯下腰来直捶自己的脑袋，后悔当初该劝住他不要上战场的。而素来
洒脱过人的卢瑟福的眼睛也闪出了晶莹的泪花。
　　　　 玻尔怎么也难想象那颗无知的子弹是怎样击中了莫塞莱的心脏，而莫塞莱又是怎
样倒在泥泞的战壕里痛苦地挣扎。当人类仅因击毙一个士兵而多了一枚爱国勋章时，金灿灿
的诺贝尔物理奖奖章却注定不能落在这位极有才气的年青人身上，那年他才仅仅二十七岁。

　　　　 天昏地暗的一次大战总算结束了，战场上幸存的小伙子们纷纷回到实验室，然而
玻尔要离开实验室和陪他度过生命中的黄金岁月并一起经历过战争煎熬的同事们了。他要回
到自己的祖国另外开创一番事业。
　　　　 卢瑟福一直送他到码头，一路上向来健谈的他沉默不语，倒是玻尔不停地找到话
题。
　　　　 海阔天蓝，远处的游弋的渔船还没来得及拆下炮架，朝阳下的彩霞似乎仍被硝烟
所弥染。
　　　　 玻尔登上船头时仍不停地向卢瑟福挥着手，他和卢瑟福心里都明白，如果玻尔不
走，卢瑟福退休后一定会把当时这座世界上最好的实验室的主任让给他的，这是让任何物理
学家梦寐以求的职位，然而玻尔深知自己在实验上并无天赋，他决心回到哥本哈根去建立一
个专门从事理论工作的研究所。

　　　　 1920年9月15日，正是丹麦云雾弥漫的秋季，哥本哈根大学的理论物理研究所正式
挂上了招牌。选在这样的日子里，可能预示着这个研究所的一群年青人最终会为人类在迷雾
中探出一条路来的。
　　　　 玻尔是以怎样高兴的心情迎接来宾的呀，开幕式上坐满了物理学界的精英。玻尔
用他那低沉的嗓音打动着听众：
　　　　 "我们知道，在科学的发展史上，一个人通常是不能确保自己是有所建树的。很可
能出现一些障碍，只有新的观点才能克服它们。因此，特别重要的是不能只依靠个别科学家
的天才。
　　　　 在这里我们将持续产生具备科学方法并能出成果的年青科学家，这一任务要通过
我们激烈的讨论来进行。在年青人作出贡献的同时，新的血液和新的观点也会问世。"
　　　　 大家热烈地鼓起掌来。
　　　　 更令玻尔激动的是见到了久别的良师益友卢瑟福教授。这位教授和玻尔一家刚见
面就把玻尔四岁的大儿子克里斯蒂安一把抱起来，
　　　　吓得小家伙伏在那个新西兰人宽阔的肩膀上哭了。
　　　　 玻尔热情地带着客人们参观这座新建筑。走上几步台阶，穿过一扇双层大门，就
来到了前厅和报告厅。报告厅里排满了阶梯式座位，前排是一面大得惊人的黑板，很多重要
的公式将在这里讨论。
　　　　 图书馆在二楼，从窗户里可以看见公园里恬静的老人坐在长椅上，而孩子们在草
地上尽情嬉戏。
　　　　 最上一层是餐厅，咖啡，奶酪和丹麦三明治是常年供应的。后来证明，在这里喝
咖啡聊天所诞生的新思想比正式的讨论班上还要多。
　　　　 其余的房间是实验室和办公室，但是既然挂的是理论研究的招牌，所谓实验室就
形同虚设了，它经常成了闲暇时工作人员打乒乓球的去处。
　　　　 当1921年1月18日，研究所正式开张后，玻尔把自己的书籍和文稿都搬仅办公室来
了。他坐在办公桌前，掏出钢笔吸饱了墨水，在信纸上写下第一封信--当然是给卢瑟福。这
个研究所很快就要成为自古希腊的柏拉图学院以来最负盛名得研究中心了。

　　　　 1922年11月里的一天下午，伏在办公桌上奋笔急书的玻尔突然接到了从瑞典斯德
哥尔摩来的电话。电话里委婉地说道，玻尔教授最近是否有空到斯德哥尔摩来一趟？玻尔睁
大了眼睛，这只能意味着一件事--今年的诺贝尔物理奖的桂冠将落到自己头上，怎么不令人
兴奋呢？他马上回家把这个喜讯告诉自己的妻子。
　　　　 结果一贯迟钝的玻尔又慢了一拍，几乎哥本哈根全城的人都比他知道得早，走在
路上即使连街头卖冰淇淋的老头都向他打招呼表示祝贺，而他美丽的妻子不仅早就精心准备
了佳肴，而且特地把家里珍藏的香槟酒拿了出来，一进门孩子们纷纷献上带巧克力味的吻。
玻尔和家人们欢聚了一夜。
　　　　 全丹麦的人都被惊动了，人们没有想到这个向来只出产小麦和牛肉的小国会出现
一个大科学家。玻尔一回到实验室就被同事们抛的彩带罩了一满头，有人捧来了蛋糕，有人
奏起了小夜曲。
　　　　 世界各地的电报象雪片一般飞来，但是玻尔最先接到的自然是来自英国卡文迪许
实验室里的那一封。卢瑟福在电报中祝贺道：我们这里的每一个人都衷心祝贺你荣膺诺贝尔
奖，而且大家都知道，这只不过是个时间问题。这是对你杰出工作的最高确认，最后祝你在
斯德哥尔摩愉快。"
　　　　 文如其人，卢瑟福还是那样快言快语。玻尔手捧着电报深深地激动了，他回想起
在实验室里12年来的日日夜夜，那些亲如兄弟的战友们，还有这位亦师亦友的新西兰大汉。


　　　　 12月10日是诺贝尔的诞辰，也是诺贝尔奖颁发的时候。斯德哥尔摩的大街上积雪
很深，斜斜的阳光下，印有黄十字的瑞典国旗在微风中飘荡，这说明今天是多么重要的一天
。
　　　　 玻尔和当年的化学奖得主阿斯顿，文学奖得主西班牙作家贝拿凡塔一起坐在了领
奖台上。
　　　　 "尼尔斯.玻尔！"当这个名字回荡在大厅中时，玻尔站起来向观众鞠躬致意。大会
主席郑重地宣布："鉴于他在原子结构和原子放射性的研究工作作出了突出的贡献而授予他
诺贝尔奖金。"
　　　　 然后按照大会的例程，玻尔要发表演讲。
　　　　 他简要回顾了人类在最近二十年对原子结构的研究成果和自己提出的新猜想。
　　　　 然后他宣布了一条激动人心的消息：元素周期表上第七十二号元素已经找到了，
按照玻尔的理论这个失踪了的元素应该和第二十二号元素钛，第四十号元素锆的性质应该相
近，而不是和它临近的稀土族的元素性质相似。
　　　　 这是研究所里的好友海乌希送给玻尔最好的礼物。他和另一个名叫考斯特的荷兰
人合作，用X射线分析了各种矿石，终于把这个神秘的元素找了出来。海乌希在玻尔受奖的
前一天晚上打电话告诉他这一喜讯，电话那端的玻尔沉默了一会，问这种新元素给起了什么
名字，海乌希说就叫铪吧，这是取自哥本哈根的旧名哈弗尼亚的头一个音节。
　　　　 讲到这里，玻尔的声音有些哽咽，他想起了莫塞莱，那个最早预言铪的小伙子，
要是他今天在这里会是多么兴奋呀！
　　　　 最后玻尔象预言家一般加上了告诫性的话，目前我们的理论还刚刚开始，还远谈
不上完备，前进的道路还是曲折的，也许我们的思想还要进行进一步的更新。

　　　　 玻尔回到哥本哈根不久，就碰到了件尴尬事。当研究所的同事们还在高声欢呼铪
的诞生时，一位头发花白的爱尔兰老化学家就提着试管找到了玻尔，他声称早在1913年就找
到了这个神秘的七十二号元素，并且他早就为它取好了名字，叫做"锯"，以纪念爱尔兰的古
老部落倨尔特人。
　　　　 研究所里的人有的吃惊，有的愤怒，这不把玻尔多年的心血否认了吗？而玻尔本
人在屋里转来转去。玻尔是个老实人，不知道怎么说服这个倔强的老头儿而又不伤他的自尊
心。不过最终玻尔还是鼓起勇气告诉他：他的样品是经不起X光机下的检验的。可怜的老头
儿还处在上个世纪用酒精灯和试管来研究物质的时代，他可从没见过如此设备庞杂的X光机
，他徒劳地争辩了几句，最终还是悻悻地走了。
　　　　 这只不过是研究所的小插曲而已，事实上当时很多物理学家，不管是激进派还是
保守派，都不是对玻尔的半经典半量子的理论很满意的。
　　　　 卢瑟福就曾经这样跟玻尔笑着说，我说尼尔斯，你干脆向物理学家们建议每星期
一、三、五都采用经典的规律，每逢二、四、六就采用新的量子学得了。
　　　　 在1913年因果英国的一次物理学例会上，人们纷纷请德高望重的经典物理学家莱
列勋爵发表一下对当前物理学的看法。
　　　　 老莱列首先说，自己作为一个超过60岁的老人，就不应该对物理学的新思想指手
划脚，大家都被老人的坦诚所感动。但是很快莱列就加上了这样的话："但我还是很难相信
，玻尔他们的想法就能反映自然界正确的一面。"
　　　　 不光是年纪大的人，德国年轻有为的实验物理学家奥托•斯特恩比玻尔还小
三岁，就曾当众说道："要是他们（指玻尔）的胡说八道都是真的，那我只好转行了！"
　　　　 威望向来孚众的英国皇家学会会长汤姆逊根本不相信玻尔的理论，他认为玻尔任
意规定的量子化条件只不过在掩盖无知。
　　　　 革命的一派则怎么也找不到更新的想法。
　　　　 解铃还需系玲人，玻尔自己引出的麻烦还得自己来解决，1922的玻尔虽然身获诺
贝尔奖已算功成名就，但他当时发展的那套叫做旧量子论，这离量子力学的真正建立还有很
长的一段路要走……



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5
　　　　 打破这个僵局先是一个谁也没有想到的人。
　　　　 德布罗意踏入物理这行不过几年，但是他身份特殊，他是法兰西波旁王朝的王族
中人九百年来唯一走入物理学领域的人，虽然他这一支家族曾为法兰西贡献了一个总理，两
个议长，两个上将。德布罗意当时的称谓是亲王。这位亲王决心用实际行动证明，这个皇室
的后人也会象泥瓦匠的后裔高斯，农场主的儿子卢瑟福一样成为科学上的巨人的。
　　　　 事实证明他不仅是皇室中的王子，而且在当时的物理学界也确实扮演了王子的角
色。
　　　　 在轰轰烈烈的一战中，德布罗意也走上了战场。不过他的职位还算安全，不过是
个测绘员。但是战场上枯寂的日子也是很难打发的，他可不愿和无聊的士兵们整天甩纸牌。

　　　　 他虽然取得过文学硕士学位，但在这段时间对物理学发生了浓厚的兴趣，尤其是
风行一时的量子理论钻研甚深。不过他总隐隐觉到这套理论有缺憾，具体在什么地方一时也
难明了。
　　　　 一天晚上，他坐在土岗上一边思考一边望着夜空，突然一颗流星划过了天际，他
的灵感马上被激发出来：
　　　　 我们费了那么多劲来证实了光既是粒子也是一种波，干吗不把这进一步推广出去
呢？比如说新发现的电子，我们以前总是把它当成点粒子，难道不能用波动观点去看待它？
事实上，不光是电子，世界上万事万物都具有和光一样的性质：波粒二象性。
　　　　 我们眼中的所有事物都是在象水波一样地振动着的，还有比这更奇怪的么？
　　　　 战争结束后的1924年，德布罗意把他的想法整理在博士论文《量子理论的研究》
中。
　　　　 古老的索尔蓬纳大学的答辩会上，人们交头接耳，都在议论这个这个文学硕士如
何应对评委们尖锐的反诘的。
　　　　 德布罗意在黑板上写下他那著名的公式：

　　　　 这是用来说明电子的波长的，p就是物体的动量（质量和速度的乘积），h则是微
观世界的钥匙--普朗克常数，λ则是波长。如此简明的公式蕴涵的意义是深远的，所以尽管
他的论文没有得到实验的支持，而且还引起评审委员会的人一阵骚动，但是还是主持答辩的
著名物理学家郎之万鼎力坚持下通过。
　　　　 郎之万的评语是：
　　　　 "这个博士生的想法近似荒诞，但是其中物理思想展现的很是完美动人。"
　　　　 这个和爱因斯坦一样深信自然的和谐与美的教授心里尽管一百个赞成德布罗意的
见解，但嘴上还是要跟评委们敷衍过去的。
　　　　 当几天后他把这个博士生的思想转述给好优爱因斯坦听时，巨人罕见地沉默了好
久，他送别郎之万时意味深长地说了一句："至此，一场伟大戏剧的帷幕被人掀开了一角。"

　　　　 无论如何，德布罗意的这篇论文是人类历史上物理学上最出色的博士论文，1929
年他凭此获得诺贝尔奖，这也开创了博士论文得诺贝尔奖的先例。

　　　　 很快德布罗意的思想得到爱因斯坦的欣赏的消息传了出去，人们还是崇拜伟人的
，所以都认真地将他的文章读了几遍。这篇论文观点倒是很有轰动性，很多人都觉得自己都
曾产生过类似的想法，只不过从来没有人象德布罗意那样如此清晰地表明而已。
　　　　 可是物理学究竟是一门实验的科学，不能仅沉溺在思想的深刻和数学的美妙上。
　　　　 德布罗意提出了验证的办法，这跟当年康普顿证明光是粒子反过来，我们证明一
下电子也有波动的性质就完了。最简单的是波动有衍射现象，即当电子准直地通过小孔时，
并不是简单地在屏后打出一个亮点，而是和光一样出现环行的衍射光斑。
　　　　 正如几年前如果搞X光最拿手的是莫塞莱的话，那么现在公认的搞电子的实验大师
是亚历山大•多维叶。德布罗意毫不犹豫地找到了他，向他讲述了自己的计划。不料
多维叶撇撇嘴，对此不屑一顾，他当时正在忙着显象管上的电子扫描的工作。在他看来，德
布罗意简直痴人说梦。
　　　　 结果虽然多维叶在电视的诞生上作出了贡献，但他显然失去了一次得到诺贝尔奖
的机会。
　　　　 而另一个倒霉的先生戴维逊早在几年前他在把电子入射到镍晶片时，就发现那些
奇怪的光斑，不过他是怎么也不能解释的。还是爱因斯坦说的好："只有理论才能决定我们
可以观察到什么。"这句话听起来似乎荒唐，但它处处得到了证实。
　　　　 上帝把这个荣誉交给了电子的发现者汤姆逊的儿子，G.P.汤姆逊。这个小汤姆逊
成功地观察到电子衍射的图案，并于1937年获得诺贝尔奖。

　　　　 实验证实还是几年以后的事，但先在理论学界引起的风波称得上是波澜壮阔。
　　　　 首先是在瑞士的苏黎世， 在一次物理学的常规会议上，大家轮流作着报告，最后
会议主持人是德拜，就是当年那个曾经发誓也要解决巴尔末公式之谜的人。如果和索末菲分
手后他们再约定每当物理学有重大突破时就在那家餐厅里痛饮葡萄酒的话，那么他和索末菲
要么就要沦为十足的酒鬼，要么两个人都要破产。因为这些年物理学的进展实在是只能用天
翻地覆来形容的。
　　　　 他把目光盯在了最后一排的教授薛定谔身上，"教授，听说德布罗意的物质波的思
想被广泛讨论，您是否能简单作个报告？"
　　　　 薛定谔站起来就侃侃而谈，他一直对这些方面很是关注。
　　　　 然后德拜就提出自己的意见，"教授您谈了这么多波动观点，可是您怎么不提出来
一个波动方程呢，这在经典物理里是屡见不鲜的呀。"
　　　　 两个礼拜后，薛定谔再次站到讲台上，他二话没说先在黑板上写下一行公式：

　　　　 然后转过身来平静地说道："先生们，我找到了一个方程。"
　　　　 这个方程在量子力学中的地位不亚于经典力学中的牛顿定律，它就是著名的薛定
谔方程。
　　　　 量子力学的正式诞生的第一天的面目就显得甚是诡异，人们尚不能明了它的规律
，就提出了它的方程。仿佛没有见到人本身，就知道了他的长相。这也说明量子力学的建立
并不需要深厚的数学功底，但对没有第一流物理思想的人来说是不可企及的。
　　　　 薛定谔发展这个方程看似偶然，却也是煞费苦心。刚开始他总想把时髦的相对论
引入到方程中去，但是算得的结果总是面目全非。后来他干脆先放弃相对论，开门见山地将
经典物理的方程直接转换过来。他原本就是研究波动的大行家，什么纵波，横波，光波，电
磁波统通不在话下，很快他就模仿着写出了自己的方程。
　　　　 这个方程无疑取得了巨大的成功，很多人通过计算解释了以前不能解释的量子现
象，甚至包括原子的发光问题。大家在数学上是不存在问题的，经典力学积攒了大量完美的
公式可用。
　　　　 不过所有人都困惑的是，方程中的ψ究竟是什么东西。连薛定谔自己也搞不明白
，注意，这不是一时不明白，而是一世不明白，至少他的理解始终没有得到物理学界主流的
认同。
　　　　 有人写过一首四行诗打趣道："
　　　　 薛定谔的普赛（指ψ），
　　　　 用处大的不得了，
　　　　 只有一事尚不明，
　　　　 普赛究竟为何物。"

　　　　 更令人吃惊的是一个年青的日尔曼人在此同时也提出了自己的量子力学。上帝是
个蹩足的导演，他要么就不让量子力学出台，要么就一出来就是两个。
　　　　 这时冒出来的明星，是后来被称为"量子力学总司令"的海森堡。当海森堡十九岁
那年第一次听玻尔的学术报告就尖锐地指出几处错误时，玻尔就注意到了他。
　　　　 海森堡出身德国一个知识分子的家庭，他的父亲是慕尼黑大学的古代语言和拜占
庭历史学的教授。
　　　　 他自小聪颖过人，老师给他的评语是："他既能抓住事物的本质，又不放过问题的
细节。"上中学时由于他认为一些基础课程过分简单，而转学高等数学和物理。甚至16岁的
他还帮助一个要考博士的化学系女生复习高等数学，完后用他自己的话说，不知道她懂了没
有，反正自己是彻底掌握了高等数学。
　　　　 他最喜欢是数学，尤其是数论。中学时就尝试证明过费马大定理和哥赫巴德猜想
。这两者都是流传百年的数学难题，后者在八十年代的中国因为陈景润的神话在民间被简单
演绎成了证明一加一如何等于二。
　　　　 他的钢琴演奏地非常出色，和爱因斯坦的小提琴被认为是物理学界的一时瑜亮。
　　　　 1920年，他考入慕尼黑大学，本来他是渴望求师著名的数学教授林德曼的。但是
当教授不经意问起海森堡最近在看什么书时，海森堡回答是在看一本名叫《时间，空间，物
质》的书。这位教授显然是这类玄奥的哲学是深恶痛绝的，当即警告他说："如果看这样的
书，那你在数学方面注定是没有前途的！"海森堡悻悻地退了出来，至此他决定全心投向理
论物理。
　　　　 这时他遇上了量子论的一个领袖人物，那个多年前和德拜打赌的那个索末菲。他
是玻尔理论的大力支持者之一，玻尔的原子轨道和能级的理论经他深化后，成为更基本的索
末菲量子化条件。这个工作如此干脆漂亮，连玻尔本人亦是击节赞叹。
　　　　 索末菲的眼光很是了得，他一下子就从几界学生中找出海森堡和另一个叫泡利的
新生参加他的理论物理讨论班。
　　　　 这个泡利是后来量子力学中必不可少的人物。他被学界公认是"上帝之鞭"，因为
他对物理中的各种理论几乎有种天赋的准确判断的能力。任何人把新理论拿到泡利面前都是
簌簌发抖的，他只瞄几眼就能找到致命的错误，几个月，几年，甚至几十年的辛劳几分钟内
就可能化为乌有。而且你的争辩几乎是无效的，很多学界名流都会宁愿相信泡利这种屡验不
爽的"超能力"，而不愿相信几十个高手的联名担保或者复杂然而精细的公式推导。
　　　　 这两个人立刻形影不离，并将这种友谊持续了终生。他们看起来是多么的不同呀
：身材纤细的海森堡总是潇洒地穿着风衣，而肥胖的泡利总是晃动着他的硕大的脑袋。海森
堡更喜欢足蹬球鞋到处旅行，泡利则爱好在昏暗的剧院里品着咖啡看歌剧。但是他们在探讨
学术问题时都是分外的认真，不过经常是海森堡费劲心机提出的理论被泡利谈笑间否决了。

　　　　 一次，他们两个人一起上测量弦振动频率的实验课。可是他们一边合作着实验，
嘴里还在不停地争论理论问题。泡利原指望象往常一般几句尖锐的话语就将海森堡压得哑口
无言，但这次海森堡不肯服输，他们干脆停下实验好好辩论，结果到快下课时才发现实验没
有完成。
　　　　 海森堡使个眼色，在两端固定紧的弦上轻轻弹了一下，泡利马上凑过耳朵听了一
下就写下数据，而他们的"数据"居然蒙混过了关。其实，老师也在纳闷，平时这对笨手笨脚
的活宝这次的结果怎么会和标准答案一样呢？
　　　　 和大多杰出的理论物理学家一样，他们两个的实验水平都很逊色。最古怪的还是
泡利，他的毛病是所有的仪器在他手里一碰就坏，越是先进的越是如此，这几乎和他永远正
确的批判本领一样百验百中。
　　　　 所以即使他成名以后，还是成为各大实验室不受欢迎的人，而泡利的脾气向来是
不请自到，偏偏还喜欢亲自鼓捣一下实验室里最好的设备，最后只不过尴尬地说一声对不起
之类的话。
　　　　 有一次玻尔研究所的实验室里放在高柜上的一只试管莫名其妙地爆炸了，一群聪
明的理论物理学家纷纷放下手头上的工作猜测究竟是什么原因，最后大家得到的一致结论这
是因为在试管爆破的这段时间里，泡利在坐火车经过哥本哈根时在车站里停留了5分钟的缘
故。
　　　　 海森堡的博士论文险些没有通过，这还是因为对实验知道的太少了。当主考人问
他最简单的显微镜和望远镜的分辨本领的问题时，他都瞠目结舌，后来干脆连电池的工作原
理都搞忘了。幸亏索末菲奋力地替这位高足辩解，他才狼狈地通过考试，不过至此以后，他
就开始关注实验了。
　　　　 然后海森堡来到了哥廷根大学，这所大学首先是以数学闻名的。赫赫有名的数学
王子高斯，大数学家克莱因，二十世纪公认的数学领袖希尔伯特均出此门。著名的理论物理
学教授玻恩门下也聚集了一批优秀的青年精锐，当然最出色的就是海森堡。
　　　　 玻恩和索末菲是两类完全不同的人物。索末菲学识渊博，对物理学的各个分支都
极有研究，玻恩则以深厚的数学功底名动物理学界。索末菲最喜欢和学生们坐在咖啡馆里随
意地探讨深刻的物理问题，玻恩则宁愿整日伏在写字桌前苦思冥想。但是他们两人无疑都是
第一流的学者，用海森堡自己的话说：在索末菲那里学到了物理，在玻恩那里学到了数学，
而在玻尔那里学到了哲学。
　　　　 24岁的海森堡已经对量子力学的前景颇有见地。但是当他听说薛定谔也搞出一套
当然大吃一惊，他倒不是担心被人抢先了，而是两个人的量子力学怎么也扯不到一块去，很
可能两个人的解释都要完蛋了。
　　　　 他决定在短暂的暑假里把自己的工作好好整理出来。正好他得了急性麻疹，脸肿
得犹如马蜂蛰过一般。玻恩毫不犹豫地让海森堡去赫尔果兰岛上去疗养一段时间。
　　　　 这是天赐的机缘，如果他仍留在学校里和同学们讨论的话，一定会使头脑更添混
乱的。在学术研究上固然讨论不可缺少，但适期地将自己隔离也会取得意想不到的效果。
　　　　 这里阳光明媚，空气清新，晚上激荡的涛声彻夜难消。岛上海森堡遇到的不是憨
厚的渔夫，就是来旅游的外地人，连话都听不懂，更遑论学术交流了。
　　　　 一天夜里，岛上卷起了骇人的风暴，海森堡几次想关上窗户入睡窗户都被刮开。
后来海森堡干脆披起衣服决定干个通宵。
　　　　 昏黄的灯泡被吹得摇摇摆摆，墙上海森堡的影子显得分外高大。他奋笔急写，很
快就要导出最后的结果。这时牙也咬紧了，头发紧张地都要竖起来。
　　　　 但是最后的结果还是把他吓得几乎从床上跌下去。稿纸上最后一行赫然写着：
　　　　 "MN=/NM "
　　　　 更简单的说法就是一乘以二不等于二乘以一，还能找到比这更荒谬的么？
　　　　 第二天他就急忙回到学校问玻恩究竟是怎么回事。玻恩在数学上浸淫多年，眼光
何等锐利。他当即就拍了一下海森堡的脑袋，喜形于色地说道："你终于找到了，这就是矩
阵呀。"
　　　　 所谓矩阵就是把数字摆成方块，它也有自己的加法，减法和乘法。离奇的是它不
满足一般的交换性，比如一乘以二不等于二乘以一。
　　　　 海森堡接下去的推理的结果更是离奇，不过就此揭穿了量子力学最基本的性质，
这就是著名的"测不准原理"。比如微观中的电子，你如果想精确描述它的位置的话，就休想
知道它的运动速度；反之，如果你精确测得它的速度的话，它的位置又变得不固定了。这决
不是实验手段不够先进，而是自然界的面目本来如此。
　　　　 海森堡思前想后还是决定把这篇论文交给老友泡利过目。他费了好大劲才抑止住
自己买盒高级巧克力"贿赂"泡利的想法。他当然深知老友的喜好了，他更知道如果过不了泡
利的那一关一切都是白搭。
　　　　 不过泡利这次不仅展示出难得的高姿态，而且素以悲观主义著称的他亦逢人就讲
，海森堡的量子力学简直给了自己生活下去的勇气。
　　　　 海森堡的理论叫"矩阵力学"，和薛定谔的波动力学针锋相对。不过他的矩阵运算
过于繁难，人们更倾向于解波动方程。然而是海森堡最先悟到量子力学的基本原理，可以说
和薛定谔打了个平手。


6
　　　　 看来形势是一片大好。
　　　　 但我们仍听到这样的话：
　　　　 "量子力学很象这样的一种胜利：它让你先是笑上两个月，然后再哭上一年。"
　　　　 另一个人哀叹道："如果真存在所谓的几率解释，我就绝对不能原谅自己搞过量子
理论！"
　　　　 第三个人在回忆录中承认："这只是刚开始，我们逐渐进入非常痛苦的境地，神经
都要崩溃了。"
　　　　 第四个人（干脆说明这是爱因斯坦，用第一，第二这样的代称未免太不恭敬）摇
头道："我简直象一只鸵鸟，为了不看到量子那丑恶的面孔，宁愿把头扎入沙堆中。"
　　　　 说这些话的人都不是藉藉无名之辈，而当时公认的先锋。说量子力学最终带来痛
苦的是玻尔的首席助手克拉姆斯，哀叹的人就是薛定谔本人，承认紧张的人则是海森堡。
　　　　 这时量子力学的第一前沿转移到玻尔的研究所来了。

　　　　 海森堡一到玻尔研究所就深深喜欢上那里。所里的学术空气的自由气氛是前所未
遇的。一群激昂的年青人有的站着，有的坐在桌子上高谈阔论，而老成的玻尔规矩地坐在第
一排记笔记。他一般不率先不发表言论，连他自己都认为自己的思维太慢，跟不上他们的步
伐。
　　　　 虽然每一项的讨论都是玻尔收底，然而还是有一些狂傲的学生指着这位诺贝尔奖
金获得者的鼻子大声说他绝对不了解自己的思想。
　　　　玻尔毫不介怀，因为他明白，到明天早上所有的人都会领悟到只有自己最后提出来
的解决办法才是唯一合理的。
　　　　 饶是如此，玻尔出名的驽钝成为学生们茶后的谈资。玻尔为了调剂学生们的生活
经常自己掏钱请大家看电影。可是和玻尔看电影是顶无趣的。在满脑子哲学思想的玻尔眼里
所谓最好的电影无非是"懒汉农场大战"和"寂寞的守林人和印第安姑娘"之类的片子。大家看
了两遍之后就腻透了，可是玻尔看到第四遍还在向边上的人问诸如"这个人是不是那个牧童
的姐姐"，"是那个牧童开枪打死了那个想偷他姐夫牛群的印第安人么"之类的问题。
　　　　 大家在研究所里一般都工作的很晚，好心的玻尔嘱咐茶房定时地送来咖啡，除此
以外，玻尔还自告奋勇地给大家讲带有哲学意味的笑话，结果通常使得本就疲劳的人们更是
哈欠连天。
　　　　 要么就是找到报纸上的字谜游戏和大家一起猜，一般人猜一会就没了兴趣，可玻
尔在这件事上也很认真，常常不解不休。
　　　　 一天深夜，大家都睡得迷迷糊糊，蓦地玻尔的脑袋从门里伸出来，高兴地向人们
欢呼道，我找到了。大家头脑中都浮现出当年的阿基米德从浴缸里裸身跑出的一幕，精神俱
皆一振，但是玻尔后头压低声音说的话让所有人都哭笑不得，原来他只不过是想说那个以ic
h三个字母结尾的单词原来是英国工业城市Ipswich。
　　　　 玩笑归玩笑。不过研究所的每一个人从内心来讲都是对玻尔都是极端尊敬的。他
慈祥得象父亲，随意得象兄弟，到哪里找的到这样的伙伴领导呢。
　　　　 当时的物理学家们都有一种从天上落下的虚空之感,他们一直是踩在牛顿力学的坚
实土地上的，这一次当真是天翻地覆了。
　　　　 最忙碌的还是玻尔那里的人了，他们被两种性质完全不同的量子力学搅昏了脑袋
。最好还是让两种学说的创始人亲自见一下面吧。
　　　　 鉴于海森堡本人就在研究所，玻尔向薛定谔本人发出了邀请信。
　　　　 1926年9月，薛定谔抵达哥本哈根。很多物理学家，还有一些业外人士都跑来看热
闹，这下就可以一证真伪了。
　　　　 在此之前，可以想象海森堡和薛定谔之间进行了怎样一场口诛笔伐。海森堡说一
提起无聊的薛定谔方程就感到浅薄，而薛定谔指出海森堡那种复杂的矩阵理论不过是一种卖
弄，至于所谓的测不准原理简直滑天下之大稽。
　　　　 海森堡原本指望找好友泡利上前助阵的，他本身就是一柄利剑。何况挑剔的泡利
是从不可能同时信仰两种理论的。可是一贯正确的泡利在审查完薛定谔的理论后，唉声叹气
地告诉海森堡自己委实爱莫能助。看来连泡利都快被整疯了。
　　　　 但是海森堡这边的势力显然是压倒多数，研究所的兄弟们都支持他，包括威望了
得的玻尔；而薛定谔是单身一人来应战的，陪他的只有那副戴了一生的宽边眼镜。
　　　　 可是很快就发展成戏剧性的结果。薛定谔被一群人疯狂质问了两天两夜，始终没
有屈服，但是双拳难敌四腿，只好躲到旅馆挂起了免战牌。海森堡他们本以为几天后这个倔
人就会投降了。可是经过薛定谔几天在旅馆里彻夜不眠的计算后，他凭借扎实的数学功底居
然证明了两种表述居然是等价的。他和海森堡两个人就象用两个民族的语言描绘一件事而已
。
　　　　 海森堡和一帮支持者大大地泄气了，而薛定谔则趾高气扬地出入讨论会，竭力地
向大家推广他的新理论。
　　　　 很快另一个里程碑似的喜讯传来，玻恩，海森堡的老师在哥廷根大学提出了著名
的几率解释。
　　　　 他找到长期困绕人们的ψ的根本意义，那就是ψ绝对值的平方代表了在空间那一
点，那个时刻电子出现的几率，仅此而已。
　　　　 这篇几百字的短文使他获得1954年诺贝尔物理奖，可是这个观点意义极为深刻，
可以说是整个量子力学的核心。
　　　　 薛定谔当然不能接受这个观点，他向来认为ψ是一种实在的物质波，和电磁波没
有什么区别，而电子就在波上起伏，就象坐在马鞍上的骑手一般。
　　　　 他本指望趁此声威正旺之际将玻尔研究所的人一举制服。但是长期沉默的玻尔终
于狮子般地站了出来，他一直在寻找对ψ的合理解释，现在玻恩的理论一出来，他心里就起
了朦胧的念头：量子力学终于要出世了！！
　　　　 他认定当务之急就是要说服薛定谔接受几率观点。这下薛定谔可是要吃苦头了，
因为玻尔的"痴"是出了名的。
　　　　 尽管薛定谔曾经毫不畏惧地和一帮激动的年青人大声论战，但这一次仅玻尔一人
就把他整得服服帖帖，他不用什么尖刻的言语，也没有颇具说服力的实验，更没有特别完美
的数学理论，一切还来不及准备，但他整天一见到薛定谔就絮叨地说个不停，不管是吃饭，
还是散步。
　　　　 研究所里的人都在猜测，这次玻尔是八成找到方向了。他对那些五花八门的新理
论向来是不置可否的，但是这次显然是动真的了。玻尔这个人的物理直觉之强当世无匹，虽
然他向来反应迟钝，但是他认准的东西一般都是绝对正确的，即使包括泡利在内的所有人都
反对。
　　　　 薛定谔不得已只好故技重演，称病遁入旅馆，这几天真是把教授累坏了，他很快
坠入梦乡。没过多久他就听见窗户外面有异响，薛定谔大惊失色准备大喊有贼，可是刚开灯
就看见玻尔那闻名的大鼻子紧紧地贴在玻璃上，天知道他那肥胖的身躯是怎么爬上二层楼的
。
　　　　 没等玻尔开口说话，薛定谔那声在历史上留名的牢骚震动了全楼："要是早知道我
的理论会变成今天这个样子，还不如当初就不发现它呢！"
　　　　 玻尔尽管在窗外冻得直哆嗦，但还是慢条斯理地回答道："先生可千万别泄气，全
人类都会感谢你在量子力学上的贡献呢！"
　　　　 第二天的结果是打着喷嚏的玻尔和双目红肿的薛定谔双双携手走进了餐馆。大家
都认为两人要和解了，不禁都松了口气。连一直绷着脸的泡利也稍展了一下眉头，要是事情
再不解决自己真的要疯掉啦。两派宗师一但携手，量子力学彻底建立就指日可待了。
　　　　 薛定谔咽下最后一块奶酪，细心地擦净了嘴上的油渍，缓缓说道，今天我就要回
去了。玻尔一愣，以为对方终于屈服了，正准备开口诚心邀他加盟研究所时，却听薛定谔冷
冷地道：你们的几率观点我是怎么也接受不了的，虽然我也说服不了你们。多谢你们这几天
的款待。
　　　　 言毕，教授就卷起皮箱，扶正了眼镜，头也不回地迈步走了出去，夕阳在他身后
划下斜斜的影子，只留下玻尔还在那里张大了嘴发呆。


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7
　　　　 研究所的人沉默了好几天，用海森堡后来的话说，当时真的都绝望了，他们都明
白既然说服不了薛定谔，那就别指望说服其他更多的人。
　　　　 更何况他们自己的理论还尚成不了体系，漏洞之多就更别提了。而且他们就仅有
的一点苗头来看，量子力学这个即将诞生的婴儿简直就是畸形。它所展现的世界就简直是歪
曲而不可理喻的。
　　　　 一次海森堡和玻尔一起默默地散步了很久，突然海森堡说道："难道整个世界本来
就是如此荒诞不经的么？"
　　　　 玻尔先是摇头，又重重地点了两下。

　　　　 整个研究所的人进入最紧要的关头。饭固然是经常忘了吃，人们常常走路都是摇
摇晃晃的，说话也是前言不搭后语。按照海森堡的回忆，人们纵使跌倒在地都不会忙着爬起
来，而宁愿就这样躺着思考几个小时。
　　　　 不过，人们在苦闷之中总是要找些欢乐的，玻尔本人就是十分开朗达观的人。这
时人们在也不再挑剔他的笑话无趣了，玻尔也常常说，我们探讨的事物实在太严肃了，严肃
到只能和它开开玩笑。
　　　　 大腹便便的泡利总是奇迹般地发挥他的妙用，这当然不仅是他那锋锐的思想，而
更是在研究所内一号丑角的身份。每当海森堡一本正经地在黑板上讲述他的最新思想时，墙
角处就出现尖利的反驳声。于是在众人的惊愕中，身著宽大袍衫的泡利粉墨登场，他总是爱
引征浮士德里的诗句来阐明自己的看法。看上去他更象是歌德笔下那个灵魂出卖给魔鬼了的
哲人，只不过胖得有些匪夷所思。
　　　　 有时苦无出路的人们心中竟然升起这样的念头：如果真的能获得对量子力学真正
的诠释，纵使把灵魂出卖给靡菲斯特也是不妨的。
　　　　 几次人们隐隐找到希望，但泡利毫不费力地就戳破了。渐渐泡利成了人民公敌。
一次，当来自俄国年轻的波拉柴科在黑板上津津有味地讲述他的新想法时，泡利庞大的身影
出现在门口。可怜的小伙子立时缄口不言，泡利不紧不慢地在屋里踱来踱去，几次他都以为
泡利要从墙后消失却都又转了回来。
　　　　 事后满头大汗的波拉柴科在晚餐上向人们叙述自己的险情，大家纷纷点头，均是
心有戚戚焉。
　　　　 慢慢地事情有了转机，这还是最先由海森堡突破的。他的着眼点是那个荒诞的测
不准原理。
　　　　 让大家相信这样的一个理论当真勉为其难，如果在微观体系里连最基本的物理量
都测不准，还要我们这些物理学家干什么。更何况这个原理引申出的东西更是闻所未闻，它
指出我们不管测量什么东西，是永远不能测出真正的结果的，这和测量人本身的主观因素有
关。
　　　　 物理学自诞生以来就是纯粹客观的，当年为了把唯心主义从物理学中赶出去，从
哥白尼到牛顿，一代代伟人付出多少心血，更有布鲁诺甚至把生命都丢在了宗教裁判所。难
道一切都还要重新找回来？
　　　　 只有玻尔从心里支持海森堡的理论。但是海森堡一时也找不来证据，一直就这么
僵持着。
　　　　 这段时间拌嘴最多的莫过于海森堡和泡利这两员干将了。虽说仅是学术上的探讨
，但是都是年轻的小伙子，争来争去总会上火的。泡利的言语又是出了名的尖刻，一次竟然
翻起了海森堡的老底，说他在博士答辩时连显微镜的构造这类简单的问题都回答不上来。
　　　　 海森堡突然沉默了。
　　　　 泡利脸一红，知道这次说过了分，正想低头认个错。哪知海森堡头也不回就朝图
书馆奔去，边跑边喊："泡利，这是我们两个拌嘴这么多年来你说的最有价值的话了！。"
　　　　 当晚的讨论会气氛沉闷，几乎每天都有新想法的海森堡一直坐在最后默默地想着
什么，大家的发言也是无精打彩，玻尔看看手表正准备宣布散会。
　　　　 这时海森堡突然站了起来，"且慢，先生们，我有话说。"
　　　　 他径直走到黑板跟前写上"测不准"几个字，大家本来都是精神一振，但是见此又
皆萎顿了下去，海森堡在这块黑板上不知把这几个字写过多少遍了，接下去不说也知道，无
非是花样繁多的公式推导，然后很快被泡利的法眼寻出破绽了事。
　　　　 可是这次海森堡在字下面画了一个大大的显微镜，没等大家反应过来，他就侃侃
而谈：
　　　　 假设一个抽去所有东西的真空的房间，我们用一个放大倍数极大的显微镜观察一
束光入射进来的情况。
　　　　 如果光撞到电子上会出现什么情况呢？我们观察电子是需要光才能看见的，如果
我们观察到电子的真实位置，那么它一定会在光的撞击下摇摆不定，也就是说我们无法测定
它的速度。
　　　　 为了减少光的影响，我们特意用频率较低的光，这样电子就会晃动的好一些，可
以精确测量它的速度，但是频率变低导致光的波动性见强，我们看到电子的位置在光的衍射
之下模糊不清。
　　　　 总之我们是绝对不能同时测准电子的位置和速度的，设备再先进也不行，不光位
置和速度是测不准的，时间和能量也满足这个奇妙的关系。
　　　　 然后海森堡又用复杂的几乎可怕的数学对自己的"实验"结论进行了证实，他的理
论可以计算出电子在空间任意一点的几率。
　　　　 连同泡利在内，大家都被海森堡的套拳打昏了头。但是这个"思想实验"无疑是精
巧完美的，颇具说服力。泡利垂下头想起几小时前的情形，哑然失笑，想不到自己最有力的
批判却是来自那最尖刻的话语。
　　　　 量子力学的中心思想既然被牢牢地揪住，那么整个理论的成熟就为期不远了。
　　　　 最后集大成的是玻尔，他不仅整理了研究所里的全部成果，而且更深刻地提出了
著名的互补原理。
　　　　 世界上的真理都是有两面的，只有把这两个性质截然不同的面结合起来看，我们
才能真正认识到这个事物的全部，单看任意一面都是不够的。
　　　　 玻尔把量子力学的根基建立在自己的互补哲学上，这引起的轩然大波却是是始料
未及。在玻尔的哲学里，我们对这个世界的认识只能是几率性的，也就是说，我们只能预言
任何一个事件发生的几率，而不能百分之百地准确断言，这决不是我们的理论不够发展或者
实验条件不成熟的缘故。
　　　　 还记得拉普拉斯在拿破仑面前的豪言壮语吗？陛下，只要给够了宇宙的初始条件
和边界条件，我一定能够计算出宇宙任何一点任何一个时刻发生着什么事情。
　　　　 这是多么完美的一个目标呀。古今多少物理学上的勇士跋艰涉险，目标就是获得
对这个世界的确定性的完美诠释，尽管路途险狭，但是光明的前景始终召唤着人们。然而玻
尔将这美好梦想一举砸灭。
　　　　 难道我们始终还是在逆天行事，上帝的秘密终究不可破解？这对绝大多数物理学
家来说，如同是玷污了他们的神祗不可饶恕。
　　　　 玻尔他们费劲心力也没能说服薛定谔，但是总算将他"撵"出哥本哈根，因为他也
实在提不出什么有力的反证。
　　　　 不过玻尔也不算彻底地成功，他们虽然赶走了一只小豹，但迎来了另一只雄师，
那就是爱因斯坦。
　　　　 爱因斯坦对哥本哈根那帮人自始至终都是持反对意见的，甚至是深恶痛绝的。
　　　　 从来没有一种理论象量子力学一般出世如此艰难，而且躺在婴儿床上就面临着被
扼杀的命运。



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8
　　　　 最后出场这个人物也颇有传奇色彩，他的名字叫做狄拉克。
　　　　 当二十年代初，这个英国小伙子获得布里斯托尔电气工程学位后正准备雄心勃勃
地找份工作时，却发现自己失业了。当时正值全球经济危机猖狂蔓延的时候，别说是个他一
个刚出道的学生，就是连很多腰缠万贯的老板，也通常在一夜间变得家徒四壁。
　　　　 他不得不向剑桥大学的圣约翰学院请求一个博士学位，原指望躲过这几年大萧条
的风头的，可是他一旦转入物理学的研究，就发现自己难以自拔。
　　　　 狄拉克本身就是一个孤僻寡言的人，在大学里最喜欢的事情就是在沉思默想。他
基本上没有别的爱好，这和量子力学的其他建立者大有不同。
　　　　 玻尔生就是个运动健将，海森堡的钢琴更是出神入化，泡利虽为人滑稽，但是对
歌德的作品极有研究，德布罗意本身就有文学硕士学位，薛定谔不仅善于作诗，而且在生物
学上也造诣颇深。而狄拉克只能对着书本和公式发呆。他在学校里唯一参加过的协会名字叫
做"ψ协会"，是由物理爱好者组成的，但是他也没想到物理终究会成为一生的职业。
　　　　 他深厚的数学功底，敏捷的才思都是学界公认的。一次在哥本哈根的物理学会议
上，一个名叫西名的日本物理学家作报告。他不厌其烦地在黑板上列排了无数复杂的公式，
连素以数学见长的玻尔都看花了眼。
　　　　 人们沉闷地听了半天，突然狄拉克站起来，指出最后导出的公式中括号里的第四
项符号应为负号。西名大吃一惊，难道他事先推导过么，可是这个公式是自己第一次展示呀
。狄拉克很肯定地说，一定错了，你刚才在某个地方弄错了符号，而且是一共用错了奇数次
。
　　　　事后一查当真如此。
　　　　 但是他本人自认为最重要的发现却成了最大的笑柄。那还是在他和一位教授太太
闲谈的过程中他一直盯着女士打毛衣的手。夫人抬起手来很惊讶的问，博士，您又有什么新
发现么？他半天不言语，然后一拍大腿叫道，我找到了另外一种织毛衣倒着用针的方法。当
夫人迷惑地看他用手比画了半天的之后，禁不住大笑起来，原来"顺织"和"反织"是妇女中流
传几百年的织法。
　　　　 狄拉克早期最重要的贡献是提出"狄拉克方程"，它第一次把量子力学和狭义相对
论统一了起来。不过这个方程导出一个很大的问题，就是在数学上预言出还存在一个和我们
这个世界完全相反的"负"世界，在这个负的世界里，所有的物质都具有负的质量和负的能量
。
　　　　 更奇怪的是在那个世界里如果我们想把物体朝前推，则必须向后使劲。来年各个
两个物体如果撞到一起，不仅不会各自弹开，反而会以更快的速度一起向前奔去。
　　　　 而且这些性质怪异的反物质不仅仅是存在于宇宙某个不为人知的角落里，而是就
充斥于这个世界的每一角落。按照狄拉克的说法，我们所在世界的所谓真空都是整整齐齐地
布满了反物质的组成元素之一--正电子海，这就是所谓的狄拉克海。
　　　　 刚开始大家谁都没有把它当回事，这不过是狄拉克为他的理论所虚拟的假象而已
。然而在1931年，美国物理学家安德尔森在研究宇宙射线中的高能离子束，为了测得电子的
运动速度，他把电子引入一个强磁场中，结果电子一半顺时针旋转，一半逆时针旋转。这两
类电子性质完全相反，如果碰在一起就会瞬时湮灭成光。
　　　　 后来人们在能量极高的加速器中还观察到反质子，反中子，如此一来反物质的要
素就找全了。但是我们至今也不能在宇宙中确认哪个地方存在反物质，如果有的话，它和我
们这个空间接触的边缘一定会发生惊心动魄的大爆炸。试想正反物质一旦碰在一起就会是质
量就会象一减一等于零一般灭于无形的，根据爱因斯坦的公式" "释放出的能量委实可怖。
　　　　 但是现在宇宙中还没有发现这种爆炸，可能我们的观测范围是不够的，要么就是
上帝是个偏心眼，他没能创造出和真实世界等量的反物质来，不过这与千百年年来人们所习
惯并依赖的对称美是格格不入的。
　　　　 另外狄拉克方程的副产品是推演出电子的自旋。就象地球围绕太阳旋转的同时自
身也在旋转，电子本身也在象一个陀螺一样飞转。 最早在1925年由乌伦贝克和高德斯密特
提出的这一观点，他们当时都不过是二十出头的小伙子。当他们的导师外出度假时，两人在
一起合计如何作点让老师惊喜的工作，找来找去最后落到了电子的自旋上。他们忙了几天终
于将稿子写好，并寄给了一本物理学期刊。
　　　　 然而导师回来耐心地听完二人的报告后，冷冷地说，你们的想法未免太过天真，
难道没有想过如果电子有那么大的自旋的话，那它的边缘上物质的运动速度就会超过光速了
么？
　　　　 二人恍然大悟，准备追回稿件，但是杂志社回话已经出版了。两人只能尴尬地对
笑一下。
　　　　 谁也没把这两人的工作当回事，可当胖子泡利懒懒地坐在躺椅上，随意浏览到这
篇文章时，登时慌着从椅子上跳了下来，原来他这几天一直在为自己的"泡利不相容原理"苦
恼，这篇文章帮了大忙。
　　　　 所谓"泡利不相容原理"是泡利研究电子运动时提出的一条神秘的定理：两个运动
状态完全一样的电子是不能处于同一轨道。如果电子仿佛在一条条轨道上飞奔的汽车，按照
泡利这位大肚子交警的规定，一条轨道上是不允许跑两辆小车的。可是偏偏有的电子不守交
通规则，照样两辆车挤在一起。泡利急得抓耳挠腮也没有办法。
　　　　 现在就好说了，因为电子有自旋，当然就有顺时针转的和逆时针转的，显然跑在
同一轨道上的电子旋转方向是不一样的，这样一来这两个电子就算不上是状态完全相同，跑
在一起也是不妨的。泡利的原理又得以自圆其说。
　　　　 泡利就得意洋洋地在研究所的一次会议上努力阐述他的理论，可是泡利平时就"积
怨"过深，而且那些人稍加分析就可以找到电子自旋的弊病。所以无论泡利怎么舌战群儒，
都丝毫不占上风。
　　　　 后来泡利干脆从风衣口袋里掏出一个儿童玩的陀螺，在讲台上转了起来，努起嘴
道，绝对没错，电子就是这个样子的。
　　　　 接着包括玻尔在内的一群聪明人都围在讲台上对着陀螺指指点点，有人用照相机
记录下这个珍贵的镜头，至今照片还保存在玻尔研究所里。
　　　　 上面可以清楚地看到泡利腆着肚子兀自争个不停，海森堡双目斜睨，一副不屑的
神情，而玻尔则一如既往瞪圆了双眼陷入深思。
　　　　 历史证明泡利是对的，我们不能简单地把电子简单看成转动的实体，而自旋更是
电子本身所固有的一种性质，就象它的电荷，质量一样。
　　　　 从那个时代到今天又是七八十年过去了，很多风行一时的理论早已烟消云散，又
有很多原被认为亘古不变的真理亦未得善终，但是泡利的不相容原理却始终站稳了脚跟。无
怪泡利一直把自己的不相容原理看成是生平的得意之作。
　　　　 到狄拉克这里自然就把自旋概念从方程里引进来了，至此电子自旋之争才算是告
以段落。
　　　　 狄拉克后来获得剑桥大学的卢卡斯教授的席位，这是牛顿当年设立并终身担任的
，仅此一点就可以想象狄拉克在英国物理学界泰山北斗般的地位。
　　　　 量子力学最后在他手里终于被极为美妙地形式化，成为一套逻辑清晰，结构缜密
的一套体系。他的那本经典著作《量子力学原理》更是对后世产生极为深远的影响。他写的
书最大的特点是简明深奥，要求读的人必须全神贯注。
　　　　 当后世的学生们能以最为迅捷明了的方式掌握量子力学时，实在是应该感谢这位
大宗师的。


9
　　　　 不管怎么说，一切关于量子力学的问题都将在1927年的深秋举行的第五次索尔维
会议上作个了断。
　　　　 出席这次会议的共有32位，他们中很多都是诺贝尔奖金的获得者，包括洛伦兹，
普朗克，爱因斯坦，玻尔，玻恩，德布罗意，薛定谔，索末菲，德拜，海森堡，泡利，狄拉
克等等。从二十岁到七十岁的都有。
　　　　 还是在第一次索尔维会议上，洛仑兹就吹响了向微观世界进军的号角。十六年过
去了，洛仑兹在有生之年看到新力学诞生的愿望达到了，但是老人出人意料地非常不满意：

　　　　 "在我看来，电子仅仅是个粒子，它在确定的时间，一定处在一个确定的位置，如
果有人企图用可笑的几率观点来解释它，那是绝对错误的。"
　　　　 出席会议的学者中和老洛仑兹持同一观点的人实是大有人在。他们不停地鼓掌。
　　　　 老人越说越激动，
　　　　 "我再也不会相信，现在所谓的科学还会与客观事实相符合。我也不知道我为什么
还活着，我只遗憾自己没在五年之前死去，那时这些讨厌的东西至少还没在我眼前出现。"
　　　　 老人在为经典物理作最后几乎悲壮的辩护。
　　　　 玻尔沉默不语，他只瞥了一眼坐在左边的爱因斯坦。这时的爱因斯坦早已威名赫
赫，但他也是一言不发，只是不停地摆弄着手中的大烟斗。
　　　　 一直令玻尔惴惴不安的便是此君。在此以前他曾经几次征询过爱因斯坦对量子力
学的看法。即便驽钝如玻尔很快也明白爱因斯坦是这种新兴力学最大的敌人，他曾几次在公
开场合幽默地宣称：上帝是不掷骰子的。爱因斯坦是笃信上帝一定会给出确定性的解，而不
会含糊其词的。
　　　　 更令玻尔不安的是海森堡和泡利两员大将都还没到。他们出发已经足一个礼拜了
呀。
　　　　 正迟疑间，忽见一高一胖的两个人影从侧门悄悄晃了过来。不用说就是他们两个
了。但是一见面玻尔还是吓了一跳，两人俱皆蓬头丐面，胡子也象很久没有刮过了。
　　　　 原来这二人在转车住旅馆时争论地忘了形，被小偷光顾，结果连手上的行李到随
身的车票和剃须刀都没保住。两人狼狈之极，偏偏在附近又没有认识的朋友，在火车站辗转
流浪了几天总算赶到了这里。
　　　　 他们刚坐定，正式的大辩论就开始了。所有的人都想站起来发言，现场的情形用
混乱不堪来形容是远远不够的。
　　　　 在遥远的菲律宾群岛上，有80种不同的语言，有时你跨过田埂就仿佛置身异地，
有的语言一共也就十几个人会讲，1927年的量子力学就是这个情形。
　　　　 这场辩论从会场一直持续到咖啡馆里。不管是店主还是服务员都惊讶地看着这群
人或者高声争辩，或者用手蘸着咖啡在桌子上画着些奇怪的符号。
　　　　 更有一位教授顺手掏出钢笔就在桌布上演算起来，昏暗的灯光下居然将偌大的桌
布写得密密麻麻，但尽管如此仍未说服他的对手。最后他只得徒然地直起腰，转眼瞥见店主
望着桌布痛惜的神情，走过去拍拍肩膀安慰道，老兄，留着这块桌布吧，这可是有很大的纪
念意义呢！
　　　　 当地的新闻记者们也都不明白这些人聚在这里为什么，公园球场里的冠军杯足球
赛，各大剧院上演的最新歌剧，更多地吸引了他们的目光。可是在报告厅里的每一个人，都
抑制不住心头的狂喜，一个全新的量子时代就要到来了。
　　　　 第二天的情势仍然没有好转，大家都企图让对方接受自己的语言，玻尔的口拙舌
笨是出不上力的，但是泡利的铁嘴钢牙倒是派上了用场。洛仑兹用力拍着桌子，竭力使会场
的气氛冷静下来，但是没有效果，后来艾伦费斯特--他是玻尔和爱因斯坦的好友，干脆跑到
讲台上，写下几个大字：上帝真的使人们的语言混乱了！
　　　　 台下的人先是一阵惊愕，然后都会意地笑了起来，这是圣经上的一段典故：从前
所有的人都是说一种语言的，后来这群人迁徙到东方的一片草原上来，决定修建高耸入云的
巴比伦塔。上帝看到这个情形大为恐慌，看来如果人只要齐心协力，世界上没什么事情难得
倒他们了。于是上帝把人分散到各个角落，并说种种不同的语言。
　　　　 不过上帝的阴谋这次并未得逞，经艾伦费斯特这一闹，大家的秩序反倒好多了，
你推我让地轮流上台讲。
　　　　 轮到玻尔时，他小心翼翼地开了头："在最近几年里，我们都在一个全新的领域里
进行探索，只有依靠自己精细的判断，才能避免落入遍布四周的陷阱里，首先，在这里我们
应该感谢那些为我们奠定基础和提供工具的前人们。"
　　　　 然后他竭力用优美的语言表述了自己对量子力学基本原理的一些看法。玻尔一边
说着，一边细心观察底下人们的表情。大部分人对这种崭新的处理方法很感兴趣，连爱因斯
坦也不时地点点头。
　　　　 但当玻尔讲到关键的几率解释时，观众的表情开始变的不以为然，爱因斯坦也是
眉头紧锁，手里的烟斗也放在了一边。
　　　　 到散会时，玻尔紧走几步跟上爱因斯坦，小声地问道他对量子力学的几率解释的
看法。爱因斯坦稳稳地站定，摘下口中的烟斗，正色道："对不起，玻尔先生，请恕我难以
苟同。"
　　　　 玻尔的脸色立时难看了起来，急忙补充道："爱因斯坦先生，希望您再好好考虑一
下。"
　　　　 "我会的。"爱因斯坦点头示了下意，然后扭身就走了。
　　　　 爱因斯坦果然认真考虑了这个问题，就在随后的讨论会上他就开始向玻尔发难。
　　　　 他首先准备攻击的是测不准原理，采用的方法是以其人之道还治其人之身，还是
用思想实验展开对攻。爱因斯坦是思想实验的大行家，技巧之娴熟古今无双。
　　　　 爱因斯坦走到黑板前，画了一条线，中间留有一个小口，表示狭缝，旁边另外画
条线表示底片。他承认当电子射过狭缝时，并不能准确预言电子会打在底片的哪一部分。但
是它如果落在A点，就一定不可能落在B点，所以我们如果精确控制电子的能量和速度，就一
定知道电子会落在何处。
　　　　 玻尔的头脑此刻变得出奇的灵光起来，他马上也走上讲台，在缝隙的周围添了几
根线，表示一个可开可闭的小窗，指出这扇小窗当然能减少光子碰撞对电子能量的影响，但
是结果是电子变得模糊不请了，显然它的位置和速度是不能够同时确定的。
　　　　 爱因斯坦眯起眼想了一会，又在黑板上加画了一条狭缝，和原来的狭缝平行，电
子总不可能分身为二吧，这样在打到底片上之前我们就可以断定究竟是经过哪条狭缝了，如
此说来不就可以精确控制电子的落点了么？
　　　　 然而玻尔微笑着打断了他，"然而且慢，爱因斯坦先生，我提请您注意加上第二条
缝时产生的衍射现象。"爱因斯坦登时哑口无言。
　　　　 整个讨论会已经演化成两个巨人的拳击赛。爱因斯坦的几记重拳都让玻尔灵巧地
闪避了过去。直到太阳落山两位巨人的交锋仍然未果，爱因斯坦的几种设想都被否决了，可
是两人之间的分歧相比来时并不见得小。
　　　　 最后爱因斯坦长长叹了口气，将粉笔重重掷在地上，深邃的目光直直地盯向窗外
，然而片刻之后，他又显得神情焕发，短促地说道："那就等到明天吧！就明天。"
　　　　 可怜的玻尔为了这句话通宵未眠。他的房顶上就是爱因斯坦的卧室，直到很晚还
可以听到上面传来踢蹋的皮鞋声。他可以想象爱因斯坦嘴里含着烟斗，右手食指卷着头发走
来走去的情形。玻尔慢慢觉得自己的心跳都快和这皮鞋单调的节奏合拍了，就在此时，楼上
突然静寂了。
　　　　 玻尔的心中当时就是一寒。
　　　　 尽管玻尔作了最充分的准备，但是当爱因斯坦在黑板上草草几笔画出了装置图后
，玻尔立时脸色惨白，向后退了几步，身后离他最近的海森堡听到他的轻声呻吟："我的上
帝呀！"
　　　　 这是在玻尔身上可真是罕见。这位绅士从来都是一副胸有成竹，智珠在握的神情
，不管他在哥本哈根的讨论会上被一群人年青人围攻，还是面对那出奇倔强的薛定谔教授，
都没有出现今天这个样子。
　　　　 爱因斯坦有条不紊地向观众们解说他的理想装置，一个盒子，侧面开有一个小洞
，洞内放有一块挡板，再往内是一个可以自由控制挡板的机械钟，小盒的重量是可以测出来
的。
　　　　 这个盒子内放有放射性物质，某一时刻在钟的控制下将放出一个粒子，这样粒子
跑出来的时间就可以精确地测量出来。另外即使跑掉一个粒子，小盒的重量依旧可以测量出
来，根据爱因斯坦那大名鼎鼎的质能公式 ，就可以计算出减少的能量。
　　　　 如此一来时间和能量都可以毋庸质疑地同时准确测定，测不准原理就象气球一般
轻轻地戳破了。
　　　　 爱因斯坦不到一分钟就说完了他的想法，然后退在一旁，笑吟吟地望着玻尔，面
有得色。
　　　　 全场的目光都集中在玻尔身上，而玻尔已经呆住了，他只嗫喏地说了几句"但是，
但是……"就没有下文了。
　　　　 最后人们在迷惑的神情中散了会，玻尔象孩子一般紧跟着爱因斯坦，急切地反复
说道："这样可不行，绝对不行，如此一来世界可真要乱套了！"
　　　　 爱因斯坦微微一笑，也不说话，只是伸出右手，宽慰地拍了拍玻尔的肩膀。
　　　　 今天晚上失眠的倒也不光是玻尔，爱因斯坦也打开窗户紧张地向楼下看去。楼下
的人们似乎根本没有睡觉的意思，灯火通明，而且泡利那尖锐高亢的讥笑声和玻尔沉着的辩
驳声远远传了出去。
　　　　 等爱因斯坦一觉醒来，楼下的争辩似乎还在继续。看来他们是没有办法扳回了，
他安心地刷完牙，用完早点，最后一个走入会场，却奇怪地发现玻尔在黑板前垂手而立，看
来他已经很等了一会了。
　　　　 而且玻尔的神色镇定，似乎找到了解决办法。怎么可能呢？爱因斯坦惊疑不定地
坐到自己的座位上。
　　　　 玻尔转身在黑板上画出更详细的装置图，他在盒子上方加了一根弹簧，侧面又多
了根指针，这样通过指针的转动就可以读出小盒的重量来了。
　　　　 玻尔抬头看了一眼爱因斯坦，见他点头默许之后，突然大声说道，大家一定知道
十几年前爱因斯坦先生发表的广义相对论吧！
　　　　 人们都议论纷纷，相对论怎么也和这扯上关系了呢？玻尔莫非昏了头，在爱因斯
坦这种大行家面前谈论相对论。
　　　　 爱因斯坦似木雕一般坐了良久，突然胡子稍稍一动，跟着脸上流露出遗憾万分的
表情。
　　　　 他自己也终于知道问题在哪了，玻尔察言观色，心下一阵窃喜。他清了清喉咙，
继续他的讲演，那么我们应该很清楚，当粒子跑出之后，小盒重量减少。可是我要提请大家
注意，在弹簧的拉动之下小盒会上升，从而引力势能减少，根据爱因斯坦先生的广义相对论
，时钟也会变慢，这样又出现了时间和能量的不能同时测准的问题。
　　　　 坐在后排的爱因斯坦比任何人都深刻体会到了什么叫做搬起石头砸自己的脚。这
样一来，这个思想实验反倒成了量子力学成立的一个绝妙的证明了。
　　　　 爱因斯坦苦笑了一下，表示接受对方那绝妙地说词。但他仍然认定，玻尔他们的
学说始终不过是对问题的回避，这些理论都不过是暂时的，终究一个更深刻的决定性思想会
取代它。"这一天总会到来的，也许你我都看不到这一天，也许这又是五十年，一百年甚至
两百年之后的事情。"
　　　　 不管对爱因斯坦还是玻尔都意识到，他们的论战在这里仅仅开了个头。在以后漫
长的日子里，爱因斯坦不断地寻找种种有力的反证，但是事实总是让这位智者失望。倒是打
上玻尔印记的量子力学在反复严峻的考验下，艰难地成长了起来。
　　　　 爱因斯坦始终没有屈服，尽管他发现和他站在一起的人越来越少；至于玻尔，在
他1962年11月6日逝世的前夜，专心研究的最后一篇手稿上画的仍是那个击败爱因斯坦的小
盒子。
　　　　 不过在后来的争论中，纯粹物理学上的东西已经很少，几乎都是哲学层次的探讨
。性急的物理学家们哪能耐心地听他们讨论完，量子力学被迅速运用到各个微观领域中，并
获得极大的成功。若干年后人们回想起那个风雨交加的年代，都是把1927年第五届索尔维会
议作为最后一幕的。


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索尔维会议临近结束的时候，玻尔研究所里的人决定上演一场《浮士德》来欢庆他们的胜
利，不用说这个主意是泡利提出来的，而且自然是由他来扮演刁钻的魔鬼靡菲斯特，素来老
实的玻尔只好接受了浮士德本人的角色。
　　　　 两人独到的对白是这次会议最令人开心的部分，也为气氛紧张的会议添了个平滑
的休止符：
　　　　 玻尔：难道你还有什么话要说么？你总是在抱怨，难道你对物理学还有什么不满
意么？
　　　　 泡利：那是当然。物理学全是一派胡言，它永远都是灰色的，在我心情不好的时
候更添烦乱。啊，尼尔斯，难道你给人类带来的烦乱还不够么？（情急之下他直呼了演员的
本名。）
　　　　 玻尔：（迟钝地）：没有呀，我们只不过稍稍意识到在这样一个全新的时代里，
某些东西要加以修改而已……
　　　　 泡利：你又找到了什么，真理么？你又说服了谁？你又怎样改变？（仰天）这个
世界根本就是痴人说梦，到处充满了喧哗和骚动……
　　　　 玻尔：可是……
　　　　 泡利：可是什么，住口，少罗嗦。
　　　　 玻尔：可是现在该是我研究的时候了，我可要走了，回头我再来。
　　　　（狼狈地下场）


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夸克与十一月革命


　　　　 "夸克……夸克……夸克……"
　　　　 三只海鸟伸直脖子，
　　　　 一齐冲着绅士马克。
　　　　 但除了三声夸克，
　　　　 马克一无所得，
　　　　 ……
　　　　 乔伊斯《芬尼根彻夜祭》

　　　　 尼尔斯•玻尔率众完成量子力学之后，全世界的物理学家都仿佛卸下了重担
。显然，自然界最后的规律也找到了，接下去就是如何运用的问题，物理学的终结似乎又是
指日可待。
　　　　 连最为悲观的泡利，在写与友人的信中也曾提到："自此我们夜晚就能安然入睡，
留下的不过只是数学上的问题，我本人打算再干两年物理之后，就去从事生物学或者撰写回
忆录，很难想象物理还能剩下什么激动人心的东西。"
　　　　 到了1932年，人们更是舒了一口气，查德威克发现中子，很多认为量子力学无法
解决的现象又得以自圆其说。原子核的结构人们到此一清二楚，所有的微观粒子不过就是带
正电的质子，不带电的中子和带负电的电子，和早就为人所知的光子。质子和中子质量相仿
，而电子的质量是他们的几千分之一。
　　　　 大物理学家狄拉克精妙的方程又展示给人们一个奇妙的"反物质"世界。紧跟着安
德森的实验确认了小电子的孪生兄弟"正电子"，人们一阵惊叹之后也就沉寂了下去。说来说
去，整个世界还不是由这几种粒子构成？还能有什么奥秘呢？
　　　　 最早提出质疑的是一位日本物理学家，他的名字叫做汤川秀树。
　　　　 日本自从1853年被美国军舰强迫开放经商口岸之后，就认识到"科学"的重要性，
并马上延请了一位法国人和一位英国人来作教授物理，以至很长一段时间内国内的物理学还
分为"法国派"和"英国派"。明治维新之后，大批的留学生求学欧陆，西方人看到他们通常以
一种狂热的武士道精神来学物理，又是吃惊，又是好笑。谁也不曾意识到这种精神其后可能
带来的危险。
　　　　 到1907年汤川秀树出生的时候，日本的物理学就已经颇具规模。最令日本人自豪
的一点是， 汤川秀树，获得诺贝尔奖的东方第一人，所受的教育全部是在日本国内完成的
。
　　　　 其实在很大程度上，汤川秀树成绩的取得是靠自学。他在学校里更喜欢的是和另
一位头脑敏锐的年青人，朝永振一郎，一齐讨论深奥的数学和物理学问题。后来，朝永振一
郎在理化研究院担任研究员，曾因对量子电动力学的研究获得诺贝尔奖；而汤川秀树一直在
大阪大学执掌教席，直到1948年受聘美国普林斯顿高等研究院的客座教授。
　　　　 在1935年，汤川就在对原子核的研究中提出一个新理论--介子理论。此时人们已
经发现原子核内质子和中子能够紧紧结合在一起，一定是一种既不属于引力，也不属于电磁
力的第三种力在起作用。这种力的性质人们只能简称它为强相互作用，因为力道之强相比引
力或者电磁力简直不可同日而语，但对于细节的一些问题却没人能说的清楚。
　　　　 汤川是仿照电磁理论来建立他的介子理论的。原子核与电子的电磁力作用有光子
产生，同理质子和中子间的作用力也应该有一种类似光子的媒介，这就是介子。这种想法事
后人们觉得似乎很是自然，但汤川是想到这一点的第一人，而这离卢瑟福提出原子的核结构
已经十多年了。
　　　　 这种扮演媒介角色的粒子很快在汤川的论文中暴露无疑。他通过简单的估算预言
出这种介子的质量是电子质量的200倍。这篇短小的论文是发表在国内的日文杂志上，当时
物理学界的高手们谁都不会注意这个东方小国的研究成果的。汤川曾经拿着文章找到当时在
日本讲学的玻尔，孰料玻尔看了一眼就向这位矮小的东方人反问道："怎么，汤川先生，你
难道想说我们这个世界还有别的粒子？"
　　　　 当时所有的人都迷醉于物质那种简单然而完美的结构，连玻尔也不例外。
　　　　 两年之后，英国的安德森和尼德迈耶在宇宙射线中突然发现一种前所未见的新粒
子，而且质量正好是电子质量的207倍。消息发表出来时，整个日本都轰动了。
　　　　 然而不久就有人在实验中证实这种粒子质量上虽然与汤川预言的相仿，但性质上
来说绝对不可能是介子。汤川接道消息后当时就如坠云雾中。
　　　　 这是上帝的一个恶作剧，预言好的偏就发现不了，不知名的却不知就从哪里就会
突然冒出来。
　　　　 幸好出身卡文迪许实验室的鲍威尔在海拔2800多米的高山上用核乳胶探测的方法
在宇宙射线中真正发现了介子的轨迹，汤川至此方松了口气。
　　　　 这位鲍威尔先生的乳胶照相法一下子风靡物理学界，几乎全球每个实验室都拥有
类似的装置，自此新粒子的发现就层出不穷。
　　　　 不过总的来说在千万条宇宙射线中观测到新粒子的几率还是很小的，而且要从乱
七八糟的轨迹线中找出几条陌生的，单就这一点来说一个训练有素的科学家未必及得过一个
记性甚好，心思又细的普通妇女。
　　　　 后来各个实验室里干脆雇佣成千上万的妇女来帮忙。战后欧洲一片废墟，失业率
居高不下，这倒给很多人提供了宝贵的饭碗。由此我们也可以大致明白，经济最为衰败的意
大利，何以一下子成为世界新粒子的发现中心。




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汤川的想法最大的受益者倒并不一定是鲍威尔先生，尽管他由于π介子的发现而荣获195
0年的诺贝尔奖，而应该是那个有着"量子工程师"美誉的费米。
　　　　 这次费米将他在物理上的另一半天才发挥得淋漓尽致。他类比汤川的模式建立起
了一套完美的β衰变理论，解释了中子如何衰变成为质子，而在衰变过程中电子和另一种名
叫中微子的神秘粒子又是如何起了类似介子一般媒介作用。
　　　　 中微子是所有微观粒子中最奇异的一个，至今它的性质还有很多不为人所知。比
方说它的质量，直到去年日本科学家才勉强测出质量的上限，大约比排行第二轻的电子还要
轻上一千倍。至此人们仍不能咬定中微子就象光子一般，质量一定就是零，这涉及到我们对
整个宇宙空间的一些基本认识。
　　　　 最早从理论上断定中微子存在的就是大名鼎鼎的泡利。原先β衰变是一个很挠头
的问题，因为衰变前后能量不守恒！所有的人都胆战心惊，经过这些年的风风雨雨之后，何
以又产生如此骇人的变故？ 倒是泡利慧眼独具，他马上指出一定是一种未被人发现的粒子
带走了损失的能量。而且他还神妙地预测出了中微子的各种性质，比如质量接近于零，不带
电荷，自旋是1/2，满足著名的泡利不相容原理。
　　　　 最后一条性质使得泡利尤为得意，因为此时泡利已经把他那著名的不相容原理扩
展到所有自旋为1/2的粒子，包括质子，中子，电子等等。这里的自旋不妨联想一下飞速旋
转的陀螺，但实际上自旋已经和质量，电荷一起成为描述一个粒子的基本性质。
　　　　 尽管泡利对他的见解自视甚高，但很多物理学家并不买帐，反对的最是厉害的是
海森堡，但是在理论和实验两片阵地上都颇有一席之地的费米坚定地站在泡利一边，自然他
被泡利视作多年罕遇的知音。
　　　　 跟着费米发展的一套理论将β衰变中所有的矛盾一扫而空，甚至以本世纪九十年
代的目光来看费米的理论，仍是完若美玉，无瑕可剔。而在1956年美国洛斯阿拉莫斯实验室
的两位物理学家终于在核反应堆中将中微子找到，更是将费米的设想牢牢钉实。
　　　　 而费米在发展他的学说的过程中，又出人意料地寻到一种新的作用力，这种力的
大小界于电磁力和强相互作用力之间，被称作弱相互作用力。
　　　　 自此自然界在我们面前展示了四种基本的相互作用，引力，电磁力，强相互作用
力，弱相互作用力。人类从蒙昧混沌到一只砸到牛顿头上的苹果而戏剧般引出的万有引力，
足足跨度几千年，然后又过了几百年才找到电磁力，而在二十世纪不到几十年的时间内突然
两种古怪的作用力又横空出世。抛开偶然的因素不说，由此亦可足见物理学发展的迅猛态势
。
　　　　 说这后两种力性质古怪，是因为人们根本找不到合适的公式来描述，也许是用于
描述它们的数学远超人类目前所能理解的水平；而引力和电磁力相比来说，物理学家几乎所
有的预言都是应验不爽。




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在实验上飞速发展的同时，另一种新兴的理论也在趋于成熟，为粒子物理提供了强有力的
工具。这就是在量子力学基础上建立的量子场论。
　　　　 原先的量子力学倒不是有什么致命的错误，只不过在处理各种相互作用的时候实
在有些力不从心。而我们知道，所有的相互作用反映在场中，如果把场也量子化，很多问题
就迎刃而解了。
　　　　 类似的想法还在量子力学刚诞生的时候就由海森堡和泡利提出来了，他们处理的
是最简单的电磁场，而且当时解决一些问题。等到美国的奥本海默插手量子场论的时候，麻
烦就来了。他经过精心的计算指出如果按场论的处理方法电子的质量和电荷就会大到难以想
象的地步。
　　　　 有人提出重整化的观点，认为电子总是被虚光子和虚电子--正电子对包围，真正
计算时无穷大的结果就会相消。但是任谁稍看一眼筹划的方案都是目瞪口呆，计算量之大实
非人力所能及。不少人都认为场论风光的日子看来是到头了。
　　　　 但是随着二战中微波技术的发展，实验中又发现了氢原子的光谱仍有极小的分裂
，是称"兰姆位移"。这迫切需要场论的精确解释，所以各路理论物理大师们都不得不硬着头
皮披挂上阵。
　　　　 其实最早提出重整化概念的外斯科夫经过巧妙的化简曾得出和实验相近的结果。
他得意洋洋地把他的想法介绍给另外两位大师，费曼和施温格，这两人分头回去重复外斯科
夫的计算，但都他的结果有所偏差，更令外斯科夫发愁的是，他们的计算结果偏偏完全一致
。 外斯科夫意冷心灰之下将他的理论全盘放弃，他没有想到自己的结果实际上是完全正确
的。一时间的缺乏自信，竟使他丧失了得诺贝尔奖的机会。
　　　　 1948年在宾西法尼亚州举办一次物理学会，这几乎是理论物理学界自1927年索尔
维会议之后声势最大的一次聚会，包括玻尔在内的一大批极负名望的大师都前来出席。
来桌上满满一大瓶水都让他喝了个精光，而讲演的时间也将近是预定的四倍。
　　　　 大家真是不能明白这位先生怎么就能从几页讲义推演出如此丰富的内容，要知道
其中有多少眼花缭乱的公式，符号，定理，而他居然能记得清清楚楚，一丝不乱。
　　　　 施温格还尚意犹未尽，下面的人却都坐不住了，开始他们还能马虎跟上，后来就
仿佛乡下人听一群沙龙里的艺术家高谈后现代主义，简直是不明所以。
　　　　 最后玻尔站了起来，说道："首先我们应该为施温格先生高超的数学手段 喝彩，
他真正让人大开眼界。"说到这里玻尔瞥了一眼施温格，这位绅士僵硬的脸庞上居然挤出了
一丝笑容，不用说因为他为自己的那套数学有人理解而大感欣慰。
　　　　 "然而"，玻尔话锋一转，"对于我们学物理的人来说，简洁就是美，这是一个永恒
的真理。所以我认为一定有某些更清晰的理论隐藏在后，也许这才是我们应该努力的目标。
"
　　　　 施温格愣在当场，手里的粉笔微微摇动，不知道是否还应继续讲下去，但脸上平
静得一如往昔，根本看不出有失望，惋惜或者不服的神色。
　　　　 全场顿时一片静寂，突然一个中等身材的年青人走上讲台，还未说话就开始笑起
来："先生们，我来讲几句好么？"
　　　　 大家先是一愣，然后也都跟着哈哈大笑，因为这个年青人飞快地将施温格先生的
大篇公式擦个精光之后，却象幼儿园的顽童一般在上面画了一些希奇古怪的图案。
　　　　 有人就当场喊出声来："别闹了，费曼先生！"



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古往今来的大物理学家脾性各异，有的谦虚谨抑如爱因斯坦，有的大智若愚如玻尔，有的
古板如施温格，有的高傲如泡利，但从未有人能象费曼一般如此天马行空，放浪不羁。
　　　　 他是历史上第一个被美术系的人请去画裸体画的物理学家，而他也曾几次偷偷打
开装有原子弹机密文件的保险柜，留下几句警告性的话语之后悄然退出，害得几位情报部门
的高官都引咎辞职。他既可以和爱因斯坦，玻尔那些旷世学者一起讨论最高深的学术问题，
也可以混迹到赌馆，舞厅等一些场合和赌徒，舞女聊得热火朝天。
　　　　 理查德•费曼是一个典型的美国人，如同迪斯尼乐园走出来的米老鼠，他最
大的目的仿佛就是给人们带来欢乐，所以无论他走到哪里，都是笑声不断。
　　　　 费曼自小就是一个不拘小节，异想天开的神童。还在读中学的时候就以聪明绝顶
但恶作剧不断而闻名全校。他在学数学的时候完全采用的是自己一套独特的公式，比如画一
只兔子代表x等，有时候连老师看到他别出心裁创造出来的一些记号都是忍俊不禁。费曼的
解题过程虽然没人能够理解，但是答案一贯准确无误，这曾使他得意过很长时间。
　　　　 中学毕业后他就读于著名的麻省理工学院。这所大学原本是以培养掌握实用技术
的工程师主旨，曾经要求每一个学生必须制作一个实用而且精美的工艺品才能毕业。费曼虽
然就读的是物理系，但他显然在那里如鱼得水，很多小花招，包括几分钟内打开保险柜，在
同学面前表演神秘的"心算"，在乐队里大敲架子鼓等等都是在那里学会的。
　　　　 费曼向来不喜欢别人把他看成知识分子，而宁愿被看成一个普通的男子汉。他一
听到别人谈到诗歌，文学或者艺术之类高雅的字眼的时候，就连忙躲到一边。在他心里，也
许只有膀大腰圆的钢铁工人，吹着口哨的西部牛仔，粗声粗气的美国大兵才够得上男子汉三
字。
　　　　 战争期间费曼穿上向往已久的军装参加了秘密的曼哈顿工程。可想而知纪律森严
的基地和飞扬跳脱的费曼是多么的不相适。他也曾不知轻重地开过几次玩笑，但被长官黑着
脸训斥之后就老实下来。
　　　　 枯燥的生活使这位年青人闷闷不乐。一次，大数学家冯•诺伊曼看到他没精
打采的样子，就问他究竟怎么了。
　　　　 这位诺伊曼先生可是一位了不起的人物，他不仅是电子计算机的发明人之一，而
且为完善量子力学的数学体系亦出过大力。费曼一向对他很是钦佩，就向他倾诉了自己的烦
恼。
　　　　 诺伊曼微笑地拍着他的肩膀道："何必自寻烦恼呢，你根本没有必要担负这么多的
责任，最重要的是开心，不光让你自己，也让周围人。"
　　　　 费曼的脸上立时笑容重现，他把这几句话牢牢记了一辈子。
　　　　 闲暇的时候，费曼经常给同事们表演惊人的"心算"，其实费曼焉有这等本事，他
只不过把几个基本常数记熟后简单地进行一些加减乘除罢了。大家被他的本领唬得都是一愣
一愣，惟独同屋的维格纳，也是一位出色的理论物理学家，始终不动声色。
　　费曼决心露一手给他瞧瞧，有一次维格纳外出的时候他故意把实验室里的计算机线路掐
断。等他回来的时候，费曼弄了些复杂的计算任务装作漫不经心的样子交给他，自然费曼早
就把答案背得滚瓜烂熟。
　　　　 维格纳稍看了一眼就算起来。费曼在门外正想象维格纳求助自己时假装一阵心算
后报出答案的得意情形，谁知道没过几分钟维格纳就推门走了出来，给出的结果居然和费曼
掌握的完全一致。少么？"
　　　　 "11083.06。"维格纳头也不回地走了。

　　　　 费曼惊讶地叫起来："计算机不是坏了么？"
　　　　 维格纳抬起头，更吃惊地道："你是的说写字台边的那一台么，上个月就出问题了
，不过对我来说影响不大，我一向是用脑子和笔的。"
　　　　 费曼最后绝望地喊道："你能一口答出5.5的5.5 次方是多
　　　　 自此费曼再也不轻易表演心算了，他把心思更多地花在如何打开保险柜上面来。
　　　　 当时很多关于原子弹的秘密文件都放在总部的保险柜里，而管理员是一个傲慢自
大，几次给费曼难堪的上尉。费曼连夜潜进办公室里去，开保险柜他是老手了，仅凭转动数
码盘的咔咔声他就能大致判断密码是什么，不几分钟就能把柜门弄开，并在柜中显眼的地方
留下字条，上书"鬼精灵到此一游"，"我是纳粹"，"看来管理员的智商并不怎么高呀"之类的
话语。他一想到第二天管理员当着将军的面打开保险柜时的尴尬场景就禁不住好笑。
　　　　 不久后将军居然亲自找到他，开门见山就问道："费曼，听说你很擅长开保险柜。
"
　　　　 费曼吓得腿都哆嗦了。
　　　　 然而将军并不在意，继续说道："我屋里的这个保险柜密码忘掉了，你能帮着打开
么？"
　　　　 "当然可以。"费曼总算定下心来。
　　　　 他夸张地要了两柄铁锤，三把钢锯，然后请将军和门外围观的人稍作回避。费曼
把门关上后，稍转了几下数码盘，就把柜门打开，在其余的时间里，他就用锤子和锯子把柜
门毁得稀烂，声响之大几乎整栋大楼的人都听得见。
　　　　 将军很满意费曼的杰作，但没过几天他就命令所有大楼里的保险柜必须重新换过
。
　　　　 新保险柜装上之后，费曼无论怎么也试不出密码了，这使他大为光火。不料健忘
的将军又一次把密码忘掉，不用说又把专家费曼请来，不过专家这次也无能为力，将军只好
从生产厂家那边请来技术人员。
　　　　 一个中年人叼着烟卷全副武装地走了进去，过了将近一个小时他才晃晃悠悠出来
，保险柜开了。费曼马上把他请到酒吧里，他知道那些明晃晃的十八般兵器都不过是虚张声
势，这位老兄倒也是直人快语，几杯啤酒下肚，就告诉他全部秘密，原来每批保险柜出厂的
时候都有一个内定密码，而将军他们居然懒得连这个密码都不换。
　　　　 费曼肚里暗暗好笑，从此保险柜的失密事件又是层出不穷，很多至今仍在美国国
家安全局的档案上记录在册。

　　　　 最令费曼吃惊的是一次他在酒吧里和舞女的谈天。有个浓妆艳抹的女郎盯了他半
天，突然说道："您大概是位物理学家费曼吧。"
　　　　 这是费曼第一次在此种场合被人识破身份，表情有些不自然起来。
　　　　 那位舞女不依不饶，继续说道："您应该认识盖尔曼先生，或者施温格先生吧！"
　　　　 费曼险些把嘴中的酒水一口喷出来，盖尔曼也是一位出名的物理学家，跟自己关
系再熟不过，他也喜欢来这种地方自己倒是从无耳闻，至于她如何识得从不露头的老夫子施
温格，简直就是匪夷所思。
　　　　 更令费曼吃惊的这位女子居然把他们几人最近的工作说了个大概，虽然有些专业
术语用得不够准确。
　　　　 费曼哪里还有心思跟她闲聊，连忙借故告辞，边走还边心有余悸地想，这个世界
怎么变得连我都快认不出来啦？退到门口，才看见那位舞女的座位上放着一本最新的《时代
周刊》，盖尔曼，施温格和自己的相片位于封面最醒目的位置上，不用说里面有更详细的介
绍。
　　　　 原来如此，费曼擦擦头上的汗。


不光在生活上，即便物理学上的费曼在大部分人眼中都是只知道瞎胡闹的狂人。但是他们
都看走了眼，费曼算得上是整个时代最机智的物理学家。
　　　　 他对量子力学的原先的表示方法极为不满，干脆自创了一套路径积分的方案，很
多人初看几乎笑掉大牙，但后来证明，这是和薛定谔的波动方程，海森堡的矩阵力学鼎足而
三的重要表述，量子场论找到了一个突破口。
　　　　 当费曼处理到重整化问题时，开始也是被骇人听闻的计算量吓得半死。但他又想
起了小时侯的花招，一条直线就代表一长串公式，一条波浪线又代表另外一串，如此一来计
算倒是大为简化，只是公式变得有些惨不忍睹，他可不管这些，只要有用就行，这是美国人
典型的实用主义的作风。
　　　　 多亏费曼找到了图解的办法，即使在今天，所有物理系的学生一看到课本上有施
温格名字的地方就烦厌倍增，因为这意味着后面不知还要紧跟多少费解的公式，而看到费曼
时则大多喜笑颜开，简单地写写画画就解决很多麻烦的问题，单就这一点来说费曼对后世学
子就算得上惠泽无穷。

　　　　 但在那次大会上，尽管费曼陪尽小心在黑板上画着一个又一个迷人的图案，台下
众人仍是神色不善，尤其玻尔一直铁青着脸。到后来，玻尔又一次忍不住站了起来，不客气
地道："费曼先生，我的建议是您应该重新进学校好好重修量子力学。"
　　　　 这次会议不欢而散，但此后人们逐渐发现施温格和费曼的方法都可以用来处理场
论里一些最复杂的问题，尤其费曼的图解法更是堪称经典。慢慢电磁场的各类问题全部迎刃
而解，场论在电磁场中的分支量子电动力学(QED)成为迄今为止最精确的理论。
　　　　 精确到何种地步呢？电子的磁矩，原先单纯用量子力学来算偏差极大，而经过量
子电动力学的修正，实验和理论的误差被控制在100亿分之一的范围内，而且显然误差的问
题还是出现在实验那边。人类直到今天，还没有一种理论能象量子电动力学一般如此精确地
预言自然界。

　　　　 看来施温格和费曼当之无愧是量子场论中收复河山的人物，但事情到这里没完，
远在日本的汤川秀树的好友朝永振一郎也曾发表文章阐述了自己对量子电动力学的基本看法
，他的路数虽然复杂不堪但与前面二人全然不同，由于战争期间讯息的阻隔，当美国的同行
们知道后，已经是1949年了。
　　　　 所有的人看到朝永振一郎的文章后都面面相觑，一下子出来三种不同的解释，看
起来又都说的通，究竟是怎么回事呢？
　　　　 这个世界上当真奇才代出，美国的戴逊居然完美地证明出这三种理论完全等价。
他只怕是当时世界上唯一能够彻底弄通这三种理论的人。界于玻尔始终顽强的反对，这三人
直到1965年玻尔逝世后才分享了当年的诺贝尔物理奖，戴逊在给他们每个人发的祝贺电报上
只有两个字，"终于"。
　　　　 当施温格接到祝贺他的诺贝尔奖的电话时，他正在给研究生讲课。他在电话里只
是简单地说了声"知道了，谢谢。"，然后回到课堂继续他那些复杂公式的推演。不料研究生
们也同时知道了这个喜讯，他们再也按捺不住喜悦的心情，一个个跑出去筹办庆祝晚会去了
，只有施温格一个人孤单地站在讲台上，认真地在黑板上写上最后一个公式的最后一个字母
。
　　　　 当费曼接到电话时，他反问了对方一个做梦也想不到的问题"听说在诺贝尔奖领完
奖后，必须双手捧着奖章，眼光平视着国王一步步倒退着走回自己的位子上，真是这样么？
如果一不小心摔倒那多难堪呢？"为此费曼还特地在学生面前反复演练，突然费曼又发奇想
，如果我在领奖的时候象青蛙一般一边倒退着蹦回座位上，一边嘴里呱呱地叫个不停岂不更
妙？
　　　　 他在学生助威的爆笑声中企图改练蛙跳，幸好消息传来领奖人完全可以转过身走
回自己的座位上，要不然这位科学顽童只怕真要演出一场轰动天下的闹剧了。
　　尽管新粒子的数目不断增加，但人们对此仍不满意。因为所有的新粒子都只是在宇宙射
线中找到的，物理学家们不得不把笨重的实验仪器一次又一次搬到高山上去，因为在那里宇
宙射线受到的阻碍才稍微小一些。在大部分情况下，人们揉搓着山风刮裂的脸膛，依旧无所
收获，尤其是宇宙射线中的新粒子几乎被发现殆尽之后。
　　　　 所有人的梦想是能直接在舒适的实验室里能够一边品着咖啡，一边观测新粒子的
诞生，而这个梦想直到劳伦斯先生的加速器诞生之后才真正实现。
　　　　 欧内斯特•劳伦斯，祖籍挪威，但他本人倒是充分具备了冒险开拓，一往直
前的美利坚精神。美国诞生的物理学家一般都有这样的特点：很少有人大谈玄妙的哲学思辩
之类的问题，清晰实用一贯是他们研究的主旨，这可能与美国人率真的天性有关。
　　　　 从严格意义上来说，劳伦斯更象是一位发明家，一位堪与爱迪生相媲美的大发明
家。而他在公众舆论中藉藉无名，无非是他发明的加速器对普通人的生活来说影响甚微，但
在物理学界来说，很难再有比这更重大的贡献了。如果把人们对粒子世界的探知比喻成一场
战争的话，劳伦斯教授无疑是那个发明了枪炮的人。
　　　　 在他所在的伯克利辐射实验室中，汇集了一大批核物理和粒子物理学的精英，人
们在理论问题上经常可以和这位威严的领导发生激烈的辩论，但在技术工作的细节上从没有
人会班门弄斧。劳伦斯先生根本不聘用专业的维修工，事实上也很难找到比他更精熟加速器
的各个构件的人。一旦出了故障，他会亲自带着钳子和螺丝刀爬上高大的加速器，每一颗螺
钉，每一根电线都细细查过。
　　　　 他的观点一贯是只有想不出的，没有做不到的，所要付出的只须是埋头苦干和灵
活的头脑。
　　　　 灵活的头脑有时比埋头苦干更起作用，回旋加速器的发明便是一例。当时造加速
器的最大目的就是让粒子获得更大的速度，从而具有更大的能量，在激烈的碰撞中就可能出
现一些新粒子。而让带电粒子加速，唯一的办法是将粒子置于电场里。如此一来，电场两端
的电压须得极高（几十万伏甚至更高），加速管的长度也必须极长（几十米以上）。
　　　　 单是高电压倒也罢了，这几十米长的真空加速管的造价就让人目瞪口呆，更何况
那时的真空技术远谈不上完备。而劳伦斯另辟蹊径，他将加速管作成圆饼型，利用粒子在磁
场中的偏转轻易地就把各类粒子加速到极大的能量，而所需的电压仅是市电即可（220伏）
，圆盘的半径也不过是一米左右。
　　　　 自此各国之间就掀起了一场高能加速器之战，在整个二十世纪的后五十年，唯一
能和核武器及空间科学上激烈竞争相媲美便是加速器的竞争，而这方面政府投入的金钱比起
前两者来说一点也不见得少。
　　　　 每个国家都有她引以自豪的巨型加速器，这几乎成为一个国家的科技象征，美国
有费米国立加速器实验室和斯坦福的直线加速器，欧洲有大名鼎鼎的欧洲核子研究中心(CER
N)，中国有高能物理研究所的正负电子对撞机。
　　　　 只须鸟瞰一下费米国立加速器实验室便知其规模。整个加速器的半径已经是1公里
，在中心矗立的是一栋16层的双塔型控制台。若说整个实验室完全是堆建在金钱上的一点也
不过分。铺设管道的表面层镀的都是贵重金属，而长大几公里的粗大管道全部抽为真空，单
就耗电量而言，就不下一个繁华的大都市。
　　　　 即便如此，地球上最优秀的实验室里引出来的粒子最高能量也不过是几十千兆电
子伏特，比起宇宙射线中测到的最高能量一万亿亿电子伏特差得仍是极远。
　　　　 物理学家们竭尽全力在实验室里模仿宇宙诞生时的粒子状态。按照宇宙大爆炸理
论，整个宇宙大约是200多亿年以前由一个点突然爆炸膨胀而成，那个时候整个宇宙的能量
（包括质量）都集中在那个点上，那里的粒子能量之高更是远非一般人所能想象。
　　　　 到了二十世纪，物理学本身已经起了极大的变化。单凭一时心血来潮就个人组建
一个实验室的时代已经远远过去了，即使是几个好心慈善家的捐款也无济于事，只有政府能
够提供如此之巨的资金。而且就政府而言，他也是尝到甜头的，比如二战期间的曼哈顿工程
。 只有财力充沛的国家才有资格领导物理学的发展，这也是不争的事实，然而即使是天下
首富的美国也为动辄几十亿的投资伤透脑筋，唯一能够遏止加速器的发展势头的就是金钱。




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如此众多高能加速器的建立并没有使所有的物理学家高兴起来，当然不是发现的粒子太少
了，恰恰相反，是太多了，如果说五十年代以前的实验室尚能算是新粒子的博物馆，那么几
年之后简直就是难民营，前后一共有900多种"基本"粒子脱颖而出，那些认定自然界由很少
一些基本元素组成的物理学家们各个大跌眼镜。
　　　　 从某种意义上来说，五十年代的粒子物理学家更象18世纪的化学家，他们当年也
是在为寻找各种物质的组成元素而大费周章。
　　　　 摆在物理学家面前的首要问题就是如何将千奇百怪的新粒子中找到某种秩序。当
然首先是按质量排队，质子，中子，以及比它们还重的各类超子被统一划为重子，电子，中
微子，μ子归为轻子，质量介于二者之间的如π介子，K介子之类被称为介子。
　　　　 这些粒子还可以再分下去么？哲学家倒是口气笃定，物质当然是无限可分的。如
果还能再分下去的话，自然首先应该从重子和介子着手，它们过重的质量早就引起人们的怀
疑。
　　　　 还在1949年，还在攻读博士学位的杨振宁和他的导师费米就发表过一篇题为《介
子是基本粒子么》的论文，他们建议π介子是由中子，质子和它们的反粒子组成，它们结合
在一起的时候，绝大部分的质量都转为能量存储在介子内部，这倒可以勉强解释介子的质量
何以只是质子或中子质量的十分之一。但是一时找不到实验证据，人们只能姑妄听之。

　　　　 首先找到突破口的是美国物理学家盖尔曼，他是世界公认的粒子物理中权威中的
权威。在1966年伯克利召开的国际粒子物理大会上，来自世界各地的粒子物理学家会聚一堂
。那时的粒子物理已经发展得规模初具，大家都觉得很有必要就这些年的发展作些报告，
在这种有具有重要意义的大会上哪怕只发表五分钟的讲演都会荣耀终身的。有人拿出纸笔将
两个半小时的报告会细细分成十分钟一段，但是即便如此各国来宾仍是你争我夺，各不相让
。最后一人提议道："你们也别争了，干脆都让盖尔曼一个人讲就行了。"
　　　　 所有在场的人无一提出异议。
　　　　 最后还是盖尔曼带着自信的微笑讲满了全场。
　　　　 盖尔曼首先把杨--米尔斯理论拓展到强相互作用中去，借助群论的一个重要分支-
-李群很快找到了粒子的八重法分类方案。在他的理论构架中，任何粒子必定属于八类表示
方法中的一种。
　　　　 盖尔曼本人是最擅长给各种新理论起名字的，这可能与他父亲是位语言学家有关
。盖尔曼小时侯各科成绩极为优异，但他宁愿一个人躲在屋里啃读那些发黄的语言书籍而不
愿去教室。他最大的愿望是掌握十五门以上的语言，而不是在物理学上有所建树，这个愿望
直到他学通了斯瓦希里语后才算大功告成。
　　　　 他起的八正法这个名字就是源于佛教中八种免除人生痛苦的劝说。有人说他在宣
扬东方神秘主义，对此他非常愤慨，物理学可是绝对不会跟任何形式的神秘主义扯上关系的
。
　　　　 八正法的分类非常成功，盖尔曼据此预言出一个新粒子--Ω粒子，不久美国布鲁
克海文国家实验室就证实了他的预言。能如此成功地预言新粒子，在物理学史上还是第一次
。自此，粒子物理翻开了新的篇章。
　　　　 学界被这颗耀眼的新星弄得眼花缭乱，很多人都加快了研究步伐，惟恐被盖尔曼
后来居上。无论是哪个国家的粒子物理学聚会上，人们在一起第一个话题就是"你们谁知道
盖尔曼最近在干些什么吗？"
　　　　 但是没过多久这句话又变成"可怜的盖尔曼走入死胡同了。"
　　　　 这位盖尔曼先生的确走入了死胡同，他在企图寻找粒子更为基本的结构时苦陷泥
潭，因为他隐约发现这类更基本的结构具有极为奇异的性质，比如说，分数电荷。自本世纪
初汤姆逊发现电子，人们都是公认电量最小的单位就是电子携带的基本电荷，可是现在居然
有人认为还存在电量是电子电荷三分之一一类的结构，岂不让人笑歪了嘴巴。
　　　　 盖尔曼首先把他的新理论通知正在大洋彼岸讲学的导师外斯科夫。外斯科夫刚听
他说了几句就打断道："这可是越洋电话，我们不要把钱花在此类无聊的游戏上好不好？"
　　　　 但实验物理学家中倒是刮起了一阵旋风，他们都发了狂一般在加速器和宇宙射线
中寻找带有三分之一基本电荷的古怪粒子，人人心中都清楚如果找出来无疑是获得诺贝尔奖
的题材。有人猜想可能在早期的宇宙中存在这种粒子，于是又考察高山的岩石，海底的地层
，地面的陨石甚至从月球上带回来的岩石样本上却仍一无所获。当真是上穷碧落下黄泉，两
处茫茫皆不见。
　　　　 最后盖尔曼又突然站出来宣称这类基本结构被永远禁锢在粒子的内部，是不可能
观测到的。全世界的实验家无不心中暗骂，单凭他的几句不知深浅的话就耗去了大量的钱财
和精力，而理论家聚在一起的第一句话又变成"看来这次盖尔曼先生真的要进疯人院了。"
　　　　 可此时的盖尔曼埋头于他的办公室中，听不到外面的怨声怨语了。在他的论文中
，他创造性地引入了这种比强子和介子更基本的结构。经过几个不眠之夜，他居然把几百种
千奇百怪的粒子用三个更基本的单元象拼七巧板一般拼了出来。可想而知他的心中多么激动
，这可是与当年门捷列夫的元素周期律相媲美的发现呀，至于理论物理学家们的不屑一顾，
实验物理学家们的冲天怨气都一边歇着吧。
　　　　 盖尔曼本身就是一个离经叛道的人，要不然也不会和科学顽童费曼成为至交好友
。
　　　　 最后的工作又是盖尔曼的拿手好戏，给这三个古怪的新单元命名。他静下心来一
想，这些可怜的小家伙还未出生就倍遭世人的冷眼，干脆来个恶作剧，就叫它为夸克(quark
)吧。他读过乔伊斯的意识流小说《芬尼根彻夜祭》，乔伊斯的小说向来晦涩难懂，变态得
无以复加，他不但随手引用各种语言中最偏僻的俚语，甚至把单词里字母的顺序都颠倒得乱
七八糟，但只怕正是这一点才大合精通语言学的盖尔曼的胃口。
　　　　 在那本书中有一段马克先生的诗行：
　　　　 "夸克……夸克……夸克……"
　　　　 三只海鸟伸直脖子，
　　　　 一齐冲着绅士马克。
　　　　 但除了三声夸克，
　　　　 马克一无所得，"
　　　　 夸克是苏格兰一种野鸭的叫声，称得上是鸟类研究专家的盖尔曼对此是再熟悉不
过了。一种叫作上夸克，一种叫做下夸克，另一种叫奇异夸克。质子就是由两个上夸克和一
个下夸克组成，中子由两个下夸克和一个上夸克组成。
　　　　 每种夸克都有自己的"颜色"和"味道"，这次盖尔曼大概是幽默到头了，怎么听起
来这些夸克都象是餐桌上的布丁。




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全部重子和介子的基本结构都找到了，至于那些电子之类的轻子它们本身就没有更基本的
单元。盖尔曼认定夸克只有三种，倒不是全无根据，因为当时发现的轻子一共就三类，电子
，μ子，中微子。
　　　　自然界存在一种神秘而又和谐的对应关系。
　　　　 不久实验方面传来令人震惊的消息：第四种轻子，与μ子相关的中微子被找到，
以前的那种中微子则仅是电子性中微子。格拉肖，一位红发的理论物理学教授，马上意识到
一定还有第四类夸克与之相对应。
　　　　 如果说盖尔曼先生的夸克理论已经是空中楼阁的话，格拉肖则更是企图在这晃晃
欲坠的楼阁上再加盖一层。
　　　　 格拉肖得蒙施温格教授的真传，施温格先生经常在第一天的课上莫名其妙地在黑
板上写下一大堆公式，学生们在底下抄得不亦乐乎，但在第二天和学生见面说的第一句话是
："对不起，上节课我推导的公式全部错了。"不过格拉肖最是欣赏老师这种坦诚的风格。
　　　　 他将第四种夸克的英文名称"charm",意思是有魔力的，中国的物理学家王竹溪教
授将之译为粲夸克，不但音近，而且意同，信，达，雅三美俱备。
　　　　 这种夸克倒也真算得上魔力非凡，1964年格拉肖就提出来预想，十年之内都没有
任何人找到这种夸克组成的粒子。
　　　　 在所有此类粒子中结构最简单就是由正反粲夸克组成的介子。格拉肖一直对此寄
有厚望。但到了1974年，在美国波士顿的东北大学举办的一次介子专家的例会上，忍了十年
之久的格拉肖再也受不住了，他与所有与会的人都打了个古怪的赌，在明年的下一次例会上
只能出现以下三种情况：
　　　　 其一，粲夸克依旧发现不了，那么格拉肖当众把自己的帽子吃下去。
　　　　 其二，粲夸克被在座的介子专家发现，那么大家一起开香槟庆贺。
　　　　 其三，粲夸克被外行的物理学家发现，那么所有在座的介子专家都要把自己的帽
子吃掉。
　　　　 就在当年的11月，在布鲁克海文国家实验室的美籍华人丁肇中以及斯坦福直线加
速器实验室的里希特同时找到了这种介子，粲夸克的存在被证实了，这就是轰动物理学界的
11月革命。夸克再也不是可笑的玩偶，而是真正的物理实在。
　　　　 在第二年举办的介子会议上，格拉肖得意洋洋地看着那些介子专家们，因为无论
是丁肇中还是里希特都应该算是介子物理的外行，他正在疑惑这些彬彬有礼的绅士们怎么实
践他们的诺言，突然就止不住哈哈大笑起来，因为服务员给他们每人端上一盘糖果，就是形
状象墨西哥草帽的那一种。
　　　　 随着轻子数目增加到六个，相应的夸克也增加到六个，新增的成员一个叫顶夸克
，一个叫底夸克。1977年就找到了底夸克，当然是皆大欢喜，顶夸克就费事多了，直到199
5年才由费米实验室的工作人员找到，实验测量的各项性质与与理论预言地奇迹般吻合。
　　　　 到今天为止，粒子物理学界共认的就是如下的标准模型。
　　　　 组成世间万物的基本粒子一共有三代：每一代都由两个夸克和两个轻子组成，而
且一代比一代重。列表如下：

　　　　 第一代（轻） 第二代（稍重） 第三代（重）
　　　　夸克 上夸克，
　　　　下夸克 粲夸克，
　　　　奇异夸克 顶夸克，
　　　　底夸克
　　　　轻子 电子，
　　　　电子性中微子 μ子，
　　　　μ子性中微子 τ子，
　　　　τ子性中微子

　　　　 标准模型的最后一个预言是超重的希格斯粒子的存在，如果它被找到，无疑又是
大大前进了一步。但是一场无妄之灾降临到正是雄心勃勃的粒子物理学家的头上，1993年他
们满怀希望的20TeV×20TeV超导质子对撞机意外被政府中止了，两千多名高能物理专家和工
程技术人员面临失业，余波影响之下，很多著名实验室的科研经费也遭缩减。大概美国政府
也终于吃不消动辄上百亿美元的巨额资金了，而民意测验表明百分之八十以上的老百姓都坚
决反对白宫把钱投入到这场无聊的消耗中，要知道一亿美元就能为几万失业工人提供丰厚的
救济金。
　　　　 实际上更多的理论家倒是希望标准模型大难临头，最好证明希格斯粒子根本不存
在才好。因为标准模型本身也是繁琐之极，它的基本组成少说也有61个之多，其中正反粒子
48个，规范粒子（例如光子，传递夸克间作用力的各种胶子）12个，希格斯粒子1个，有无
第四代还尚在未知之数。
　　　　 物理学向来是以简洁为美，这个模型看起来就这么令人生厌到不如推倒之后重新
来过，但奇怪的是迄今为止还没有发现与标准模型相矛盾的地方，除了尚待确认的希格斯粒
子之外。
　　　　 理论家们的工作本身也远称不上完善，当夸克模型建立之后他们迫不及待地把在
电磁场中大发神威的量子场论运用到夸克的强相互作用上去，这就是名噪一时的QCD，量子
色动力学。但是它可不象它的兄弟量子电动力学那般出色，各种预言能说准百分之五十那就
算是出奇的成功。归根到底还是强相互作用实在太复杂了，在这最紧要的关头上帝终于出手
蒙上了人类的眼睛。

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低温下的奇迹
　　 --凝聚态物理的发展
　　 1962年1月7日，一辆救护车呼啸着奔驶在苏联南部的高速公路上，几分钟之前有位莽
撞的醉汉将一辆伏尔加轿车撞出路基，车上的一位中年人当时就是不省人事。
　　 新闻界对此事仅仅略微提及，但整个苏联的物理学界都被深深震动了，苏联的知名物
理学家几乎全部都聚集到医院里，有的人甚至连夜乘飞机从遥远的西伯利亚赶来。冬日的严
寒并没有把所有的人都驱赶到屋内，有人在医院门外苦守了一夜，长廊上一排排的烛光摇曳
不定，这是古斯拉夫人的习俗，如果烛光能保持一夜不灭，那么病重的人一定会得到康复。

　　 岂至苏联，全世界的物理学家都行动起来，已经步入垂老之年并且久病缠身的学界领
袖玻尔亲自安排了第一流的医生远赴莫斯科，这在针锋相对的冷战期间是极为罕见的
　　 这位幸运的伤者昏迷了整整四十天后，终于能够开始说"谢谢"。但是他那第一流物理
学家的头脑终究是钝化了，即便如此，当年的诺贝尔物理奖仍是由他荣获，甚至诺贝尔奖基
金会考虑到他的身体原因，第一次打破惯例由瑞典驻苏大使代为宣发。
　　 他的名字叫做列夫·达维多维奇·朗道。他在凝聚态物理中的贡献，仿佛玻尔于量子
力学。

　　 众所周知，复杂的物质形态可以分为三类：气态，液态，固态。凝聚态就是指后面两
者，与粒子物理和核物理不同，它深刻地影响着我们生活的方方面面，从各种常见的金属，
合金到新型的半导体，超导材料，从玻璃，陶瓷到各种聚合物和复合材料，从光学晶体到各
种各种液晶材料都是属于这一范畴。凝聚态物理本身也成为近几十年来发展最为迅速，门类
最为繁复的物理学的重要分支。
　　 凝聚态物理根源于固体物理。早在19世纪，人们就对固体中的晶体结构就颇有研究。
晶体在我们这个世界满眼皆是，漫天飞舞的雪花，常见的食盐，晶莹璀璨的水晶都是晶体，
它们之间的共同特征就是都有着排列齐整的微观结构，这在物理学上被称之为点阵。
　　 1848年，法国物理学家布喇菲就成功地导出了晶体空间的14种排列方式，对应着32种
对称类型，囊括了所有的2000多种晶体。这是在物理学上第一次运用了群的观念。事实上二
十世纪的物理学最重要的物理理论只有两个字，一个是"群"，一个是"场"，不管在粒子物理
，还是在凝聚态物理中都是如此。
　　 1912年德国的劳厄发现了X射线在晶体上的衍射，这不光在固体物理发展史上的一个里
程碑，而且在人类的发展历程中都值得大书一笔。因为人类自此可以通过衍射的花纹观察到
微观物质的结构，在1953年英国的生化学家克里克和沃森通过X射线的衍射推导出著名的DN
A双螺旋结构，揭开了生物的遗传之谜。
　　 紧接着英国物理学家布拉格，汤姆逊的学生，制出了世界上第一台X射线谱仪，一大批
优秀的青年物理学家聚在他门下，包括曾经帮助玻尔验证旧量子论的莫塞莱，他们通过X射
线探知了各种复杂的结构，并且整理出一成套规范的操作流程，为此布拉格获得1915年的诺
贝尔物理奖。
　　 当30年代末卢瑟福谢世之后，布拉格就接任了卡文迪许实验室主任，这是一个倍受注
目的席位。前任卢瑟福曾经率领着实验室中的年青人在核物理的研究上取得过突破性进展，
当时在世界上都是声名赫赫。但布拉格一旦接手，他却把工作重心转移到固体物理中。 很
多人对这般轻易地放弃核物理研究的前沿阵地感到不可理解，布拉格微笑地向他们解释道，
在核物理上我们英国人已经教会别人怎么做了，接下去也该干些别的了。
　　 他还大胆支持一些边缘物理学的研究，比如借助X光对蛋白质和DNA等生物大分子结构
的探测，利用战后英国空军废弃的雷达改造成射电望远镜，这都是后来获得诺贝尔奖的课题
。
　　 一些人对研究所不再搞核物理与粒子物理大失所望，但布拉格无疑是极有远见的人物
，英国维多利亚时代的全盛时的风光已经过去，现如今一步步在走下坡路，在需要大笔资金
投注的高能物理上英国是无法与经济发达的美国竞争的，倒不如利用手中的设备另外开辟一
些新的领域。
　　 在布拉格的卓越领导下，他们开展了广义晶体学，电子晶格成象技术，扫描显微镜等
研究，并为今天的如日中天的材料科学的发展奠定了基础。


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凝聚态物理的另一个源头就是低温物理。早在1823年，著名的实验物理学家法拉第在一次
氯气实验中就偶然发现密封的试管壁上出现暗绿色的斑点，他试图把试管拔下来，结果发生
了爆炸，双眼都被炸伤。但他也猛然省悟到那绿色的斑点一定就是液化的氯气，只要加大压
强，任何气体都会液化的，而液化的温度通常是极低的，这为人类制造低温创造了条件。
　　 到1845年的时候，法拉第就已经几乎全部液化了所有的液体，并且制造出一系列低温
库，最低温度达到过-110c，但奇怪的是有六种气体始终液化不了，它们是氧气，氮气，氢
气，一氧化碳，二氧化氮和甲烷。
　　 法拉第之后，人们完善了各项低温设备，并且采取逐级降温和定压气体膨胀的方法把
这最后六种气体也得以液化。1895年英国的化学家从矿石中分离出一种新元素氦气，如果能
把它液化必然又能使温度更加接近绝对零度。
　　 当在荷兰莱顿大学物理实验室担任主任的昂纳斯听到这个消息时，他满有理由相信这
个能液化氦气的第一人一定是自己。
　　 从1882年`昂纳斯刚接手实验室的那一天起，就决定把把实验室的全部研究方向确定为
低温物理。经他十多年的苦心经营之后，该实验室已经在低温方面已经是首屈一指。而他本
人也是公认的低温物理的权威。
　　 昂纳斯也是历史上明了如何创立现代意义上的实验室的第一人。很早他就在莱顿创立
了一所技工学校，专门培养仪器制造工人和玻璃吹制工人，他们都为低温实验室的发展作出
过巨大的贡献。实验还有一个困难就是氦气太贵，而昂纳斯颇有生意人那种精明的头脑，他
通过兄弟的私人关系，直接从矿场买到廉价而纯净的氦，单这一点来说，其他实验室都是望
尘莫及。
　　 条件如此之好，但这一努力下来也是直到1908年7月10日晚上9点才获成功。世界上最
难液化的氦气终于俯首称臣，获得的低温也达到创记录的4K(-269)。昂纳斯终于获得了当之
无愧的"绝对零度"先生的称号，1913年他凭此获得诺贝尔物理奖。
　　 随着低温的获得，昂纳斯发现了一些不可思议的现象。
　　 我们知道，一般金属的电阻都会随着温度的降低而减小，因为金属的导电性全部是由
其中的自由电子带来的，在一般的条件下，自由电子会朝各个方向运动，从而产生电阻。温
度降低之后，这些电子被"稳固"住一些，自然就会规矩多了，电阻也会小了许多。
　　 当时关于低温电阻流行的说法是当温度最终接近0K时，电子就会完全冻结在金属上，
再也不能担负传递电流的任务，从而就会变成无穷大。这种想法是极合逻辑的，但是这不过
是经典物理的延伸，考虑到量子效应的话就远非如此了。
　　 昂纳斯的初衷是想找到一个温度的临界点，过该点之后，电阻将会急剧攀升，这也是
很有意义的事情。谁知道温度降低之后，电阻不但迟迟不见回升，临界点倒是找到了，但过
了以后电阻陡然下降。
　　 为了确认超导态下的金属电阻究竟小到什么程度，昂纳斯设计了一个巧妙的实验，他
降低温度，把一个闭合的铝制线圈置于超导态，然后撤去磁场，观察产生的感生电流。结果
几个小时下去，未见电流有丝毫衰减的迹象，别说几个小时，只怕就算再过几百万年也未必
衰减得完。
　　 昂纳斯在论文中这样惊讶地记述道："在3K附近，金属的电阻就降低到百万分之三欧姆
以下，这几乎就是0，至少找不到和0的差异。"这也是人类第一次观察到著名的超导电性。
　　 一下子很多人的注意力都被吸引到超导电性方面来了，这是一项极有应用前景的课题
。谁都知道，全球每年单是耗损在导线电阻上的能量就是天文数字，如果常温下的导线是超
导体的话，这些能耗就会减小到零，而且会大大增加各种材料的使用寿命，当真是前途不可
限量。
　　 但是常温下的超导材料，即使在今天还是一个遥远的梦想。当时莱顿实验室的工作人
员拼尽全力，找到的最高超导温度也不过是10K。
　　 具有高临界温度的超导材料不能单凭实验就能解决的，因为超导电性的机理尚不明晓
。当时的量子力学还未出世，人们怎么也想象不到，超导现象就是一种宏观的量子效应。

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一直到1933年，长期苦无进展的超导物理才爆出另一个惊人的发现，低温下的超导体是具
有完全抗磁性的，这是著名的迈斯纳效应。
　　 这么多年以来人们只是被超导体的导电性所吸引，居然没人注意到超导体的磁性，也
算是奇事一桩。仿佛一卷画图，人们仅掀开一角，就被作者浩瀚的手笔所吸引，大发议论之
余却没人想到继续摊开观赏下去。
　　 何况当时的超导物理学家的头脑还是受经典物理思想的束缚，很自然的想法便是，随
着温度降低进入超导态，磁场也被冻结到物体内部。
　　 但当迈斯纳刚接触到超导体的磁学性质时，就觉得事情未必那么简单，他和奥克森费
尔合作了一个实验，并于1933年10月发表了一篇简短的论文，这是超导物理学中一篇划时代
的文献。
　　 瓦尔特·迈斯纳出生在德国柏林，原先攻读的专业是机械制造，后来改学物理，并成
为超导物理的一位先驱人物。
　　 象他那样出身工科的物理学家，往往更能注意到一些不为人所注意的细节。而迈斯纳
更能从这些细琐的碎片中想象得到更深的物理内涵，实在是高人一筹。
　　 迈斯纳效应的发现，更使人们对超导体的本质有了更深刻的认识，并为理论物理学家
对超导物理机制的解释奠定了坚实的基础。

　　 最早对超导电性作出解释的德国的弗里茨·伦敦和海因茨·伦敦兄弟二人。

　　 兄弟二人都是第一等的物理学家，而且一个精通理论，一个擅长实验，这在物理学史
上倒是颇为罕见的。
　　 哥哥F伦敦原先所学的专业是哲学，21岁时写出的论文《论纯粹理论认识的形式条件》
就曾受大哲学家罗素等人的交口称赞，后来他师从于索末菲和薛定谔，深得二人真传。
　　 无疑他的研究工作带有很重的哲学色彩，这也使他看问题比一般人都看得深远，有的
直到很多年后回过头再看才能体会到他的远见。比如说，他当年就预言出生物有机体成为超
导体的可能性，这直到八十年代寻找高温超导的热潮中才被被人证实。
　　 F伦敦也是把量子力学引入超导物理的第一人。玻尔对他的评价是，伦敦虽然没能赶上
参与量子力学的创建工作，但他运用量子力学作出了这个时代最出色的工作。
　　 他很早就提出一个惊人的预言：超导体不管体积多大，都可以看成一个大分子，量子
力学的各种效应在这等宏观物体上也是尽显无遗。由此的推论是穿过超导环的磁通量必须是
量子化的，就象玻尔在原子物理中对电子波函数的约定一般，这些在当时都是耸人听闻的怪
理论，但都在十余年后的实验中被证实。
　　 弟弟海因茨·伦敦深受哥哥的影响，善于把用精妙的理论和复杂的实验手段完美地结
合起来。
　　 大凡物理理论，一般来说分为两类，一种是微观理论，就是从本质上对物理现象进行
解释，一种是唯象理论，就是在更深入地了解微观机理之前，用一些简单有效的模型来作出
解释。大多情况下，唯象理论是微观理论的必由之路。
　　 伦敦兄弟提出的唯象理论是：在超导体中存在两类电子，一部分和普通导体的电子并
无差别，另一类则与超导性相关，它们在运动时是不受任何阻碍的。在1935年他们发表的论
文《超导体的电磁学方程》中，就根据这样简单的假设成功地说明了迈斯纳效应。
　　 他们跟着提出著名的伦敦方程：



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这在超导物理中的地位如同经典电磁学中的迈克斯伟方程，或者量子力学中的薛定谔方程
，如此精妙的方程建立在简单的唯象模型上，倒也是个奇迹。
　　 据此他们给出重要的预言：超导电流只是在超导体的表面极薄的一层内（厚度大约是
万分之一厘米）存在，不久后他们的预言得到证实。
　　 鉴于伦敦兄弟的巨大成就，从1960年开始，伦敦奖每两年就在国际低温会议上颁发一
次，该奖项至今是低温领域中的最高荣誉。
　　 超导理论中更引起人们关注的是超流现象。早在1911年昂纳斯将氦气液化之后，就发
现这种液体与其他普通的流体性质截然不同。如果把液氦装进一个小烧杯，它就会沿着烧杯
壁慢慢朝上爬，直至溢出。如果你插入一个毛细管，甚至还会形成喷泉。
　　 但是所有的理论物理学家都对此一筹莫展，直到40年代苏联的朗道提出著名的二流体
理论，翻开凝聚态物理新的一页。
　　 朗道于1808年出生于俄国里海附近的石油城巴库，他不仅是苏联最伟大的物理学家，
即使放眼全球，他也是一位不可多得的物理学全才。
　　 朗道自小身体瘦弱，再加上他本身是犹太人，免不了在学校里受同学们的欺负，但他
生就傲性，旁人若是有一句话伤到了自己，便会拍案而起，拳脚相向，就算终因力气不支被
人痛殴，也始终不肯屈服。
　　 他的脾气固然是出奇得大，学习成绩却也是出奇得好，但老师课堂上的讲述是从来不
听的，在朗道眼中世界上配作他老师的只怕没有几人。老师们自然是不喜这个不知天高地厚
的孩子，朗道也乐于被漠视，他倒可以藉此钻研自己的数学。别的孩子还在为几何，代数而
绞尽脑汁的时候，他已经能做微积分的运算了。
　　 在13岁的时候，他就中学毕业，但马上被父亲送到一所经济专科学校。他对经济类的
东西一点也不感兴趣，于是再三争取之下，第二年就转学到巴库大学。
　　 朗道是整所大学年纪最小的学生，却偏偏同时攻读数学和化学两个专业，而且以全优
的成绩毕业。然后他转到列宁格勒大学继续学业，在那里他遇上了苏联几位最有名望的物理
学家，象约飞，弗仑开尔，和几位知己好友，象卡皮查，迦莫夫。
　　 当时的物理学正酝酿着风暴，量子力学也初现端倪，朗道决定了自己终身奋斗的方向-
-理论物理。
　　 1929年的时候朗道费劲周折，获准出国，他自然先来到求贤若渴的玻尔研究所。当时
那里是明星聚会，而朗道展现的才气连玻尔也是赞叹不已，要不是他晚来了几年，一定可以
在量子力学的创立过程中大有作为的。但朗道的傲慢自负也令大家暗暗摇头。
　　 一次，爱因斯坦来作报告，完后主持人请大家提出问题。朗道第一个站起来，语惊四
座："爱因斯坦先生讲的东西也许不是那么愚蠢，但是他给出的第二个方程绝对不能由原始
条件推理`而来，应该加上一条新的假设……"
　　 周围的人都无不耸动，自从爱因斯坦成名以来，天下只怕还没人敢以这种口吻和他讲
过话

--

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倒是爱因斯坦歪头沉思一会后，微微一笑道："年青人，你说的很有道理。诸位大可以把
我今天讲的全部忘掉。"
　　 在玻尔的讨论班上，他一度是最具活力的人物，没有他的话讨论班的很多成果都要不
免大打折扣。而胖子泡利在研究所纵横多年之后终于遇到了对手，只要他们二人一争辩起来
那也不是一两个小时能说的清，道得明的。
　　 朗道在这里却也找到了终身景仰的人，那就是玻尔。这倒不是因为玻尔为人谦逊，待
下亲厚，朗道对个人品性一节向来瞧得极淡，但玻尔那种能地从纷繁的现象中抽象出物理本
质的直觉，令他大为折服。在外人面前他一般不提自己的授业导师，却每每自称是玻尔的弟
子，虽然他仅在玻尔研究所工作了四个月。
　　 其实，玻尔的嫡传弟子虽然为数不少，但继承他那种惊人的直觉本领却只被朗道继承
了下来。 当朗道在40年代面对液氦的超流这等难题时，就也能象玻尔当年面对同样复杂的
原子结构问题一般，单凭直觉就找到一条其他人想也不敢想的路子，若说有多么严密的逻辑
推理倒也谈不上，但这条路却是唯一正确的。
　　 他在实验基础还很不充分的背景下，就提出著名的元激发假设：超流液体有一个临界
的流动速度，当它低于此速度时可以无阻碍的任意流动，高时则会受阻。这个临界速度就跟
容器壁和液体相互作用时激发的最小能量有关。这个最小能量就是元激发。
　　 在这里朗道第一个在凝聚态物理中引入了声子的概念来说明元激发。所谓声子，就是
液体声波场的量子。
　　 到今天，元激发已经成为整个凝聚态物理最基本的概念，人们不仅找到了声子，旋子
，准粒子，还有极化子，磁子，孤立子，相子等等。在各种不同的系统中寻找各种元激发已
经是凝聚态物理的首要任务。
　　 当然朗道对物理学的贡献远不仅于此。在他五十岁寿辰的时候，世界各地的物理学家
纷纷送来了贺礼，但他的同事们送来的礼品最是合他的心意。
　　 那是两块青石板，上面刻写的是朗道在物理学中作出来的十项重要贡献：量子力学的
密度矩阵和统计物理，自由电子的抗磁性量子理论，二极相变，铁磁铁的磁畴理论，原子核
物理的概率问题，液氦的超流，基本粒子的电荷约束，费米液体的量子理论，弱相互作用中
的复合反演理论。
　　 这就是著名的"朗道十诫"，模式是仿照圣经中摩西代天主说出的十条戒律。摩西是远
古时代的以色列人杰出的领袖，他曾率众历尽千辛走出埃及，在苏联物理学家的心目中，只
怕唯有朗道才有摩西那般天赋的气魄和才干。
　　 朗道对物理学的贡献还远不止这些，譬如重要的元激发概念就未能入选，但仅这十条
就可见朗道涉足的领域遍布凝聚态物理，粒子物理，核物理这些物理学的重要分支，就这一
点来说整个二十世纪也就只有杨振宁和费曼能相媲美。
　　 朗道也深深影响了苏联物理学界的一代学风。他自己的数学功底极为扎实，却较少在
成果中显现，因他走的是玻尔的路子，更喜用简单但深刻的物理模型来说明问题。
　　 但他对学生数学的要求竟是极严，凡他门下的弟子，每人都要准备上一大摞厚厚的本
子，象小学生一般工工整整地作上几千道繁难的数学题。临毕业之前，还须经过他亲自出题
考核。这些考题涉及到理论物理学的方方面面，其中的数学已经困难到夸张的地步，偏偏还
不许查书，题量又是极大，很多人一看到卷子就被吓得面无人色。
　　 在朗道几十年的执教生涯，总共也只有四十余人闯过此关，这四十余人后来都是苏联
物理学界的中坚力量。所有学物理的人莫不视朗道的考试为畏途，一个新名词"朗道位垒"应
运而生，这是借用物理学的一个术语，只有那些能量极高的粒子才能穿过"位垒"到达一个新
的区域。
　　 朗道对他的弟子教导极是悉心，但许多人还是很难掌握他那种跨度极大的推理方法。
对于一种复杂的物理现象，朗道看一眼就能"蒙"出公式，旁人却大多如坠云里雾中。
　　 后来朗道在黑板上方悬挂了一幅油画，上面画的是蓝天白云之下，一牧人悠闲地吹着
风笛，羊群则低着头恬静地吃草。大家怎么也不懂这是什么意思，直到毕业聚会上，一个学
生才怯怯地向朗道提出这个问题，朗道莞尔一笑："那吹风笛的牧人么，是我，那羊群么，
自然就是你们，我上课讲的东西反正你们也理解不了，不就象这羊群一般么？"学生赧然退
下。
　　 不管朗道如何狂狷倨傲，目中无人，每一个学生却都是对他极为尊敬。朗道自己亲自
撰写过一整套理论物理学，虽然带有俄国人特有的繁琐，但若能潜下心读完，物理学的功底
也会打得极牢。这套教材已经成为理论物理的标准教材，朗道的学生在此上都是受益匪浅。

　　 朗道分外地强调数学，这初看上去似乎过于罗嗦，甚至会模糊了物理的本质，但这正
是朗道高明的地方，直觉和悟性只怕当真是神人天授，教是万万教不出的，倒不如老老实实
扎好根基，他日逢遇机缘，大有作为也是情理之中。
　　 苏联的理论物理学家大多师承朗道，风格和美国，西欧的大是不同，西方的那些研究
人员大可以在咖啡馆里面畅所欲言，捕捉片刻的灵感，而苏联的同行们往往拘于一室，皓首
穷经，但几十年下来，倒是苏联方面的成果胜上一筹，只不过当时美苏对峙，苏联方面很多
重要的论文只是在国内发表一下了事，从不拿到国际上和西方的物理学家交流，是以很多理
论都被挂上了欧美人的头衔，但苏联人的在物理学上的实力都是有口皆碑的。
　　 朗道虽然事业辉煌，一生却是磨难重重，小时侯几次重病都差点让他见了上帝，年轻
时游历欧洲回来后又莫名其妙地背上间谍的罪名，险些被终身流放在西伯利亚，在好友的全
力帮助之下总算洗脱罪名，结果回到内地后又与当时的学界权威因脾性不合而屡遭排挤，及
至名望日升的时候，却遭遇车祸，使他再也不能从事理论物理的工作。
　　 1962年卧病在床的朗道得知自己被授予诺贝尔物理奖，倒是大出他意料之外，诺贝尔
奖一向为西方所把持，一个苏联人要想折桂那是难上加难，何况他生性高傲，国外的那些大
家和他大多交情泛泛，言语之中只怕还得罪过不少人，但他没有想到，也正是这些人没有计
较民族和个人的偏见，仗理直言，将他送上了诺贝尔奖的领奖台。
　　 作为一个普通人朗道的生命又延续了几年，无疑最后的日子对朗道来说是极为痛苦的
，生理上的病痛倒还在其次，不能继续在心爱的物理学中跋涉才是最让他不能忍受的，但他
在外人面前显得很是轻松潇洒，逝世之前面对众多神色忧戚的学生和朋友最后说的一句话是
："老天待我真是不薄，我这一生总是万事顺利。"



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超导问题的微观解释很早就有人开始寻找了，当时伦敦兄弟和朗道的唯象理论已经颇为成
功，但很多人还是对这种不是基于量子力学的模型理论不满意，一大批物理学大师都曾涉足
这一领域，包括玻恩，海森堡，布洛赫，朗道，费曼等等，但是几十年来进展甚是缓慢，这
几乎成了整个理论物理学的耻辱，而美国人约翰·巴丁却勇敢地肩负起这一重任。
　　 巴丁先生在超导物理和半导体物理中都是承前启后的人物，他出身著名的贝尔实验室
，在1947年就和布拉顿，肖克利合作制出人类历史上第一个晶体管，在当时虽然没人理会他
们的发明，但随着时间的推移人人都认识到晶体管的重要性，没有它可以说就没有整个信息
时代，因此他们三人分享了1956年的诺贝尔物理奖。
　　 发现晶体管之后后巴丁并没有停止脚步，却毅然向超导物理中的第一难题发动了进攻
。在1950年春天，美国国家标准局的迈克斯伟等人公布了超导物理的另一项发现--同位素效
应，即物体的超导温度乃是与同位素的质量相关，质量越轻，转变温度便越高。
　　 巴丁是一边用用早餐一边听到秘书念到这一消息的，当时他就放下刀叉愣愣地呆住，
然后连外套都没批上就拔腿奔向实验室。他马上意识到超导物体的转变温度如果和原子质量
相关的话，那么超导电性多少是和电子--声子相互作用相关的。
　　 巴丁的心头一阵狂喜，难道上帝又一次垂青了自己？但他着手计算了几天之后，不免
大失所望，此种理论仅仅考虑了电子--声子的相互作用，却没有处理电子之间的库仑力的作
用，这是一记大大的漏招。一旦把库仑作用也包括在内，却也未免麻烦的一塌糊涂。
　　 心情沮丧之余，巴丁却突然想到量子场论对于处理此类繁琐的电磁作用问题极是对路
，何不找场论专家来帮忙？他首先想到的便是杨振宁，不过杨振宁当时正全心于粒子物理的
研究，他推荐的是号称"东部量子技师"的库珀。
　　 库珀倒是不负众望，很快运用娴熟的场论技巧解决了很多难题，并提出库珀电子对的
概念，紧接着巴丁手下的研究生施里弗奇兵突出，居然找出了超导体的基态波函数。三人大
喜过望，一番急攻之下，就得出著名的BCS理论，这是取自他们三人名字的第一字母。
　　牛刀小试，超导的各种奇妙现象无不迎刃`而解，甚至还可以从BCS中直接推出伦敦方程
，京茨堡--朗道方程等诸多唯象理论，他们三人因此同获1972年诺贝尔物理奖。
　　 巴丁从而成了历史上唯一同获两次诺贝尔物理奖的传奇性人物，这一点连爱因斯坦，
玻尔这等顶尖人物都没有做到。本来诺贝尔奖的评审委员会为开此先例也是大为踌躇，但BC
S理论实在太重要了，它被誉为自量子论诞生以来，对整个理论物理最有贡献的理论之一，
所以巴丁再次荣膺桂冠。
　　 凝聚态物理和粒子物理的研究此时也是大大靠近了一步，BCS理论本身固然是借用了场
论的概念，但它反过来也为粒子物理开辟了新的视野。后来杨振宁等人又在凝聚态物理中引
入了场论中的重正化的作法，也解决了一大批长期悬而未决的问题。
　　 微观理论建立之后，凝聚态物理的专家们的注意力大多集中在高温超导上，人人心中
都清楚，就社会轰动效应而言，高温超导是受控热核聚变反应之后物理学最重要的问题。
　　 1980年法国物理学家热罗姆等人首次发现了伦敦当年预言的有机物超导体，其超导温
度上了一个台阶，自此全球掀起了一股超导热，德国的柏诺兹和瑞士的缪勒另辟蹊径，从金
属氧化物Ba-La-Cu-O中找到了温度高达32K的超导体。
　　 消息刚传到美国的时候，很少有人相信柏诺兹和缪勒的成果，只有加洲大学的华裔物
理学家朱经武相信在金属氧化物中大有可为，他研究了种类繁多的氧化物，终于找到了Y-Ba
-Cu-O，超导温度一下骤升到90K，这也是人类第一次在液氮温区实现超导转变。
　　 几乎与此同时，中国科学院物理研究所的赵忠贤利用同样的氧化物把超导温度又提高
到100K，一度引起了世界各国的关注。
　　 此后各种高温超导材料层出不穷，但是想把超导温度提高到室温(300K)，短期之内还
难以办到。这归根到底还是因为高温超导的机理尚不明晓，BCS理论在超低温的领域里虽是
得心应手，温度升高之后却也遇到了极大的麻烦。
　　 安德森等人在BCS的框架之上又提出强耦合模型，这是动力学上一个典型的对称性残缺
的例子，到今天为止可能是最有希望解释高温超导的理论。而在粒子物理中，对称性的残缺
也是首要关注的问题，这关系到若隐若现的希格丝粒子是否存在。
　　 在上帝之手的神秘指引下，物理学家们殊途同归，重新聚在了一起。
Posted: 2004-11-23 00:42 | [楼 主]
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