序
假如要推選數(shù)學(xué)學(xué)發(fā)展史上最偉大的這些年代,這么有兩個(gè)時(shí)期是一定會(huì)上榜的:17
世紀(jì)末和20世紀(jì)初。后者以牛頓《自然哲學(xué)之物理原理》的出版為標(biāo)志,宣告了現(xiàn)代
精典數(shù)學(xué)學(xué)的即將成立;而前者則為我們帶來(lái)了相對(duì)論和量子論,并最徹底地推翻和
重建了整個(gè)數(shù)學(xué)學(xué)體系。所不同的是,明天當(dāng)我們?cè)僬務(wù)撈鹋ｎD的時(shí)代,心里更多的
早已只是對(duì)那段光輝時(shí)光的懷舊和緬懷;而相對(duì)論和量子論卻一直深深地影響和困惑
著我們至今,如同兩顆稚嫩的橄欖,嚼得越久,反倒愈發(fā)滋味無(wú)窮。
我在這兒先要給你們講的是量子論的故事。這個(gè)故事更像一個(gè)傳奇,由一個(gè)不起眼的
線索開(kāi)始,曲徑通幽,逐漸地落櫻斑斕,亂花迷眼。正在沒(méi)個(gè)頭緒處,忽然間峰回路
轉(zhuǎn),天地寬廣,如河出伏流,一泄汪洋。但是還未來(lái)得及一覽景色,一晃又大起大
落,誤入白云深處不知?dú)w路??量子熱學(xué)的發(fā)展史是數(shù)學(xué)學(xué)上最興奮人心的篇章之
一,我們會(huì)聽(tīng)到化學(xué)大樓在大風(fēng)大雨下旋即崩塌,卻又在熊熊烈焰中得到了洗禮和重
生。我們會(huì)看見(jiàn)最革命的思潮肆虐大地,帶來(lái)了讓人吃驚的電閃雷鳴,同時(shí)卻又突顯
出驚艷人心的美麗。我們會(huì)看見(jiàn)科學(xué)怎樣在荊棘和沼澤中艱辛地走來(lái),卻愈發(fā)堅(jiān)定了
對(duì)勝利的信念。
量子理論是一個(gè)復(fù)雜而又難解的謎團(tuán)。她像一個(gè)神秘的少女,我們天天與她相見(jiàn),卻
仍然難以揣測(cè)她的內(nèi)心世界。明天,我們的現(xiàn)代文明,從筆記本,電視,手機(jī)到核能,
航天,生物技術(shù),幾乎沒(méi)有那個(gè)領(lǐng)域不依賴于量子論。但量子論到底帶給了我們什
么?這個(gè)問(wèn)題至今卻仍然無(wú)法回答。在自然哲學(xué)觀上,量子論帶給了我們前所未有的
沖擊和振動(dòng),甚至改變了整個(gè)化學(xué)世界的基本思想。它的觀念是這么地革命,乃至最
不保守的科學(xué)家都在潛意識(shí)里對(duì)它懷有深深的懼意。現(xiàn)代文明的繁盛是理智的勝利,
而量子論無(wú)疑是理智的最高成就之一。并且它被賦于的力量太過(guò)強(qiáng)悍,因而有史以來(lái)
第一次,我們的理智在勝利中同時(shí)埋下了才能毀滅它自身的種子。因而量子論的奠基
人之一玻爾(NielsBohr)都要說(shuō):“如果誰(shuí)不為量子論而倍感疑惑,那他就是沒(méi)有理
解量子論。”
掐指算來(lái),量子論成立至今早已超過(guò)100年,但它的一些基本思想?yún)s始終不為普通的大
眾所熟知。這么,就讓我們?cè)俣然氐侥欠N偉大的年代,再度回顧一下那場(chǎng)史詩(shī)般壯觀
的革命,再度去游走于那驚濤狂濤之間,感受一下暈眩的覺(jué)得吧。我們的游艇就要出
發(fā)量子物理史話圖文版,當(dāng)你倍感焦慮或則驚訝時(shí),請(qǐng)勿必抓緊舷邊。但你們也要時(shí)刻記住,當(dāng)初,化學(xué)
史上最偉大的天才們也走過(guò)同樣的航線,而她們的覺(jué)得,和我們是一模一樣的。
第一章黃金時(shí)代
一
我們的故事要從1887年的法國(guó)開(kāi)始。坐落萊茵河里的卡爾斯魯厄是一座景色秀麗的城
市,在它的城中心,豎立著知名的18世紀(jì)的宮殿。郁郁蔥蔥的森林和溫暖的氣候也使
得這座小城成為了法國(guó)的一個(gè)旅游名勝。但是這種怡人的風(fēng)景雖然沒(méi)有分散海因里希?
魯?shù)婪?赫茲(Hertz)的注意力:如今他正在卡爾斯魯厄?qū)W院的一間實(shí)
驗(yàn)室里專心致志地?fù)崤膬x器。那時(shí)侯,赫茲剛才30歲,似乎不會(huì)想到他將在科學(xué)
史上成為和他的老師赫耳姆霍茲()一樣鼎鼎有名的人物,不會(huì)
想到他將和卡爾?本茨(CarlBenz)一樣成為這個(gè)小城的驕傲。如今他的心思,只是完
完全全地飽含在他的那套裝置上。
赫茲的裝置在昨天看來(lái)是很簡(jiǎn)單的:它的主要部份是一個(gè)電火花發(fā)生器,有兩個(gè)相隔
很近的小銅球作為電容。赫茲全神貫注地凝視著這兩個(gè)相對(duì)而視的銅球,之后合上了
電路開(kāi)關(guān)。瞬間,電的魔力開(kāi)始在這個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)里詮釋下來(lái):無(wú)形的電壓穿過(guò)裝置
里的感應(yīng)線圈,并開(kāi)始對(duì)銅球電容進(jìn)行充電。赫茲冷冷地凝視著他的裝置,在心上面
想像著電容兩段電流不斷上升的情形。在熱學(xué)的領(lǐng)域攻讀了這么久,赫茲對(duì)自己的知
識(shí)是有充分信心的,他曉得,隨著電流的上升,很快兩個(gè)小球之間的空氣都會(huì)被擊
穿,之后整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高頻的振蕩回路(LC回路),而且,他如今想要觀察
的不是這個(gè)。
果然,過(guò)了一會(huì)兒量子物理史話圖文版,隨著細(xì)微的“啪”的一聲,一束美麗的金色電花爆開(kāi)在兩個(gè)銅球
之間,整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生了一個(gè)完整的回路,細(xì)小的電壓束在空氣中不停地?fù)u動(dòng),盛開(kāi)出
幽幽的螢光。
赫茲反倒更加緊張了,他盯住那串電火花,還有電火花后面的空氣,心上面想像了一
幅又一幅的圖景。他不是要看這個(gè)裝置怎樣形成火花漏電,他這個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的,是為
了求證那虛無(wú)縹緲的“電磁波”的存在。那是一種哪些樣的東西啊,它看不見(jiàn),摸不
著,到那時(shí)為止誰(shuí)也沒(méi)有見(jiàn)過(guò),驗(yàn)證過(guò)它的存在。而且,赫
