二十世紀的“二戰”期間,愛因斯坦被德國法西斯勢力迫害而流亡美國。從此,世界物理學研究中心便開始逐漸從歐洲向美國轉移。在這個大轉移全部完成以前,讓我們看看歐洲大陸的物理學家們,正在加緊做著什麽工作。

再說莫裏斯那天開完會從布魯塞爾剛回到巴黎,德布羅意便到家中看望哥哥,打聽會議上有什麽科學新聞。莫裏斯將會上關於量子理論的爭論如此這般地講了一回,德布羅意早聽得如醉如癡。半天,他突然張口說道:“哥哥,我要跟您一起研究物理。”

“什麽?”莫裏斯大吃一驚,“你再有兩年就要拿到曆史學方麵的學位,現在改行豈不前功盡棄?”

德布羅意

“您放心,文科學位我照樣要拿到手,但是我覺得應給自己再開辟一塊知識領地。曆史,是在人們對已經知道的甚至親身經曆過的事實進行梳理、編織;而物理則是去探尋那些早已存在卻還不為人知的事實,它對我有更大的吸引力。”

“可是現在早已不是伽利略、牛頓時代,物理學已伸入到微觀世界,每走一步就更加艱苦,而且過去的宏觀經典理論已不適應,新的理論體係還遠未建立。這時你來入夥實在冒險,也許我們這些人費盡九牛二虎之力,撈的卻是一個水中的月亮。”

“不,我直覺地感到量子理論是很有希望的,我決心拿出全部精力弄清這神秘量子的真正本質。”

正是:

錦衣玉食何足貴?身外之物由它去。

聰明貴胄有奇誌,不愛虛榮愛真知。

再說德布羅意剛下定決心要對理論物理進行研究,第一次世界大戰就爆發了,他因服兵役上了前線,直到1922年他才重回哥哥的實驗室繼續中斷許久的研究。漸漸地,他產生了一個大膽的思想:光波是粒子,那麽粒子是不是波呢?就是說光的波粒二象性是不是可以推廣到電子這類的粒子呢?就像當年法拉第由電變磁推想磁變電一樣,德布羅意思路一開立即拓出一片新的天地。1923年他接連發表三篇論文,提出“物質波”的新概念,他堅信大至一個行星、一塊石頭,小至一粒灰塵、一個電子,都能產生物質波。物質波有其獨特之處,它能在真空中傳播,不要介質,因此不是機械波。但它又可以由不帶電的物體運動產生,因此它又不是電磁波。他還運用愛因斯坦的相對論,推出了物質波的波長公式,即波長與粒子的質量和速度的乘積成反比。他還算出中等速度的電子的波長應相當於X射線的波長。

愛因斯坦真不愧為一個理論物理大師,他剛讀完文章就拍案叫絕,並立即向物理學界的幾個大人物寫信,籲請對這個新思想給予關注:

請讀一讀這篇論文吧,這可能是一個瘋子寫的,但隻有瘋子才有這種膽量。它的內容很充實。看來粒子的每一個運動都伴隨著一個波場,這個波場的物理性質雖然我們現在還不清楚,但是原則上應該能夠觀察到。德布羅意幹了一件大事,另一個物理世界的那幅巨大的帷幕,已經被輕輕地掀開了一角。

花開兩朵,各表一枝。在物理學中同一個題目常常是理論和實驗雙管齊下,稿紙上的推算和實驗室裏的測試刀槍並舉,經過一場激戰,堡壘才宣告攻克。

第二天,戴維遜和革末又來到實驗室,他們將儀器安置好後又開始了那個不知重複了多少次的實驗。戴維遜扳動開關將電流直向鋅板射去,一邊喊革末調整一下鋅靶的角度。革末將鋅靶輕輕轉了一個角度,戴維遜卻吃驚地喊道:“見鬼,今天怎麽連電子也學會與我繞彎子了!革末,再將鋅靶轉個角度。”

“先生,您發現了什麽?”革末一邊轉動鋅靶,一邊問道。

“你自己來看,莫非是我的眼睛出了毛病?”戴維遜說著和革末換了個位置。

“哎呀,電子束怎麽不穩定了呢?”

各位讀者,你知道他們發現了什麽?原來隨著鋅板方向變化,電子束的強度也在變化,這種現象很像一束波繞過障礙物時發生的衍射那樣。但是電子明明是粒子啊,它怎麽能有波的性質呢?戴維遜師徒兩人又將這個實驗重複了多遍,仍然如此,他們一下跌入悶葫蘆裏。要說電子也是波,這簡直就好像說人頭上長角一樣不可思議。他們百思不得其解,就這樣在悶葫蘆裏一直悶了兩年。

兩年後的一個夏天,戴維遜訪問英國,遇到著名的物理學家玻恩。兩人剛坐好,戴維遜就迫不及待地將那個在肚子裏憋了兩年的問題提了出來。玻恩不聽猶可,一聽戴維遜如此這般的描述,便喜不自禁,也不顧是與客人初次見麵,突然在對方肩上拍了一把,大聲說道:“朋友,您已經撞開了上帝的大門。”

“難道電子真的也是一種波嗎?”

“是的,光有波粒二象性,一切物質微粒也有波粒二象性,電子也不例外。這正是歐洲大陸上近年來最新的理論。可惜這個假設還從沒有人來驗證,想不到證據卻操在您的手裏。”

“看來我們美國與這裏遠隔重洋,真是消息閉塞。我要是早一點兒來訪問,何至於苦悶兩年呢?快請您告訴我是誰提出了這個偉大的假設。”

“就是那個法國人德布羅意,這個人本是學文科的,半路出家投身物理。但也正因此他沒有我們同行中慣有的舊框子,所以倒捷足先登。他不但提出假設,還推出公式,能具體地求出粒子的波長呢。他的論文發表在法國科學院會議周報上和英國的《哲學雜誌》上,您可以仔細研究一下。”

各位讀者,容作者在這裏插幾句閑話。德布羅意和戴維遜等人證明電子是波,這實在抽象,我們這裏隻舉一個例子就可知這個理論的威力。我們平常所以能看到東西是靠光,那是平常的光作用於物體,再反射到我們眼裏。光學顯微鏡顯示物體微小細部的能力,以所使用的光的波長短到什麽程度而定。因此,放大能力最強的顯微鏡便使用紫外光。這好比我們撬一塊大石頭,要用一根粗木棍,而剔牙時卻隻能用一根細牙簽了。好了,現在證明電子和光一樣也是波,而且它的波長比紫外光要小幾千倍,何不用它來代替光顯示物體呢?果然,人們把電子束集中在一個焦點上,射過物體,便在熒光屏上得到一個放大的圖像。1932年世界上出現第一架電子顯微鏡。1938年美國人製成了一架能放大三萬倍的電子顯微鏡,而當時最大的光學顯微鏡也隻能放大兩千五百倍,現在人們使用的電子顯微鏡已經能放大到二十萬倍以上了。

再說這個海森堡越研究越深。最後,他發現我們雖然可以在宏觀世界裏準確地觀察任何現象,而在微觀世界裏簡直做不到這一點。這好比我們用一支粗大的測海水溫度的溫度計去測一杯咖啡的熱量,溫度計一放進去,同時就要吸收掉不少熱量,所以我們根本無法測準杯子裏原來的溫度。而作為原子內的能量如此之小,任我們製成怎樣精確的儀器,也會對它有所幹擾。觀察者及其儀器永遠是被觀察現象的一個不可分割的部分,一個孤立自在的物理現象是永不存在的,這便是“測不準原理”。我們生活在這個物理世界,身在此山中,難識廬山真麵目。

玻爾身體強壯,年輕時曾是丹麥國家足球隊隊員,所以他後來獲諾貝爾獎時,一家丹麥報紙曾有這樣一條幽默的大標題:足球名將玻爾獲諾貝爾物理學獎。

後來,玻爾雖已成了名人,但還時常幹一點兒孩子們愛幹的事情。一天晚上他和幾個學生外出歸來,街上靜悄悄的,一個學生看到銀行大樓的牆麵是用水泥格子拚成的,就好奇地向上爬了兩層。玻爾也要逞能,說他也敢爬。當他爬到一層高時,跑來兩個警察,以為是盜賊在作案,可是走近一看,說了聲“這不是玻爾教授嗎”,便走開了。還有一次,他和幾個學生看電影,看到電影裏的惡棍和英雄比武,總是惡棍被打死。他解釋說這是因為英雄有一種自我反射,所以比惡棍動作快,學生們不服。於是他們就吵吵嚷嚷的,到玩具店裏買了幾把手槍,在院裏比武,結果玻爾真的將他們一個一個“打死”了。玻爾就像盧瑟福當年領導卡文迪許實驗室一樣,在哥本哈根當著孩子王,其淳樸、天真可見一斑。

再說第六屆索爾維會議開幕,玻爾打出的第一張牌就是“測不準原理”。他闡述道:“根據這個原理,我們要想精確地測定粒子的位置,就無法測定它的速度;反過來,要想測定其速度,就無法測定它的位置。”

正當與會的大部分科學家都點頭表示理解時,想不到愛因斯坦一人站起來反對:“事物是客觀具體地存在的,我不相信上帝會在隨便丟骰子,碰運氣。”

“這和你的相對論並不矛盾啊?”

“可是你在這裏否定了因果關係,我不相信世界是捉摸不定的。現在我來設計一個實驗,請您解釋。假如有一個理想的盒子,裏麵有光源,在固定的時間打開一下盒上的閘門,放出一些光來。我們再稱一下盒子的重量,根據質量的變化就能算出光放出的能量。這樣,我們不就可以任意精確地測出光放出的能量、放光的時間了嗎?”

愛因斯坦真不愧為理論物理學家,他隨意就設計出一個思想實驗,一時把個玻爾問得無言以對,好端端的一個會議竟無法再開下去。

這玻爾哪能服氣,整整一晚上沒有睡覺,召集他的學生們緊急商討對策。第二天,天一亮,玻爾就去敲愛因斯坦的門,並且手裏真的捧著一個“愛因斯坦盒子”,盒子吊在彈簧秤上。他笑眯眯地說:“愛因斯坦先生,請看您的盒子,它一放出光,質量就要變化,彈簧**,盒子做上下運動,盒子中的鍾也在動,就是說它在引力場中的位置已經變化。而根據您的相對論,這時鍾的速率必定也要變化,這樣您首先就得不到準確的時間。時間測不準,當然您的盒子還是逃不出我的測不準原理啊。”

愛因斯坦正因昨天的勝利甜甜地睡了一個好覺,玻爾三言兩語反叫他張口結舌,無言以對了。但是愛因斯坦還是不服氣,不到一天,他又想出了一個實驗,可是以後每次設計的實驗都讓玻爾駁倒。就這樣,這場爭論一直持續了幾十年,直到愛因斯坦離開人世,他也不承認測不準原理。人們很為他第一個支持普朗克的量子論,但最後又反對量子力學感到遺憾。但是玻爾和愛因斯坦無論怎樣爭論,雙方都襟懷坦**,謙虛地吸取對方的意見,發展自己的理論。這與牛頓同萊布尼茨的爭論已經截然不同了。愛因斯坦稱讚玻爾說:“他無疑是當代科學領域中最偉大的發現者之一。”玻爾則說:“在征服浩瀚的量子現象的鬥爭中,愛因斯坦是一位偉大的先驅者,但後來他卻遠而疑之,這是一個多麽令我們傷心的悲劇啊。從此他在孤獨中摸索前進,而我們則失去了一位領袖和旗手。”

玻爾雖和愛因斯坦經常爭論,但是兩人友誼極深,他每次到美國的普林斯頓講學,並不住什麽旅館、飯店,而是幹脆住在愛因斯坦家裏。一來是老友多時不見,感情上很願意能多待在一起,二來便於繼續探討問題。1939年,玻爾又來到美國,他爬上愛因斯坦的那個二層小樓,還不等氣喘平息便說:“親愛的,您知道我今天帶來什麽重大消息?”

“不過是又想出了什麽思維實驗的好例證,來證實您的測不準理論罷了。”

“不,今天已顧不上辯論理論問題,這可是實驗物理學家們幹出的大事,它可能直接關係著我們的生活,關係著政治。”

到底玻爾說出一件什麽大事,且聽下回分解。