主题:《量子》重启贴 -- 奔波儿

大河奔流 导读 复 82 阅 47009

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2018-12-16 18:02:55
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奔波儿
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【原创翻译】第七章·自旋博士(1) 21

第二部·男孩物理

“什么东西最值得人们羡慕?深谙逻辑思维,精通数学推导,无双的物理洞察力,清晰而有条理的表达能力,对学术文献的烂熟于胸,不达目的誓不罢休的干劲,或者鞭辟入里的判断力。”当爱因斯坦读到这篇“思虑严谨但又充满奇思妙想的文章”时,他被它深深地吸引住了。这篇关于相对论的文章总计237页,有394个注脚,但让爱因斯坦难以置信的是,这篇文章的作者是21岁的沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Pauli:1900~1958),当时的他还只是一名大学生,而在他着手书写这篇文章之时,他还只有19岁。沃尔夫冈·泡利,江湖人称“上帝之怒(The Wrath of God)”,有些愤世嫉俗,被视为“堪与爱因斯坦比肩的天才”。“的确,从纯科学的角度看,”他曾经的老板马克斯·玻恩说,“他可能甚至比爱因斯坦还牛。”

1900年4月25日,沃尔夫冈·泡利出生于维也纳,这座繁华的城市还正沉浸在“世纪末(fin de siècle)”的恐慌之中。他的父亲,也叫沃尔夫冈,过去曾经是一位医生,但当时却已经离开医生行当,进入了科学研究的领域,在这一转换过程中,他将家族的姓氏从“Paschelles(帕施立斯)”改为“Pauli(泡利)”。这次身份改变是非常彻底的,由于惧怕日益高涨的反犹浪潮会影响到他的学术生涯,他放弃犹太信仰,改宗天主教。他的儿子在成长过程中对自己的犹太渊源一无所知。在大学里,当另外一位学生说他肯定是一个犹太佬儿,年轻的小沃尔夫冈非常吃惊:“我吗?不可能。从来没人告诉过我,我也不相信我是犹太人。”但是,当他随后返家看望双亲时,父母告诉了他这个事实。1922年,老沃尔夫冈被授予他期盼已久的教授职位,并被任命为维也纳大学新成立的医学化学学院的院长,他对自己这一身份转换并不觉得有什么负疚感。

泡利的母亲,伯莎(Bertha),是维也纳的一位著名记者兼作家。她朋友众多,人脉广泛,这意味着,在这样的家庭环境下长大的小沃尔夫冈和比他小六岁的妹妹赫塔(Hertha)从小就熟识那些艺术、科学及医学界的才智之士。他的母亲同时也是一位和平主义者和社会活动家,对沃尔夫冈·泡利产生了很大的影响。影响他一生的少年时光是在一次世界大战的硝烟中度过的,在这段日子里,随着战争的进行,“他的反战立场日趋坚定,而最终,他对一却‘约定俗成的东西’都持反对态度”,他的一位朋友回忆说。1927年11月,母亲逝世,这时距离她49岁的生日还有两周。在《新自由报》(Neue Freie Presse)发表的讣告上,伯莎被称为“奥地利妇女界中少数具有非凡人格魅力的人之一”。

泡利在学术上天赋异禀,但并非一个模范学生,因为他觉得学校里的日子平淡无奇。为了弥补他求知的渴望,家里为他延请了物理学的家教。没多久,他就对学校里单调乏味的课程丧失了兴趣,于是他把爱因斯坦所写的关于广义相对论的论文藏在课桌里,并(在上课时)开始阅读它们。奥地利物理学家和哲学家恩斯特·马赫(Ernst Mach:1838~1916)是泡利的教父,在他的影响之下,物理学逐渐成为泡利的少年时代的挚爱。泡利后来与爱因斯坦以及玻尔结成了深厚的友情,但当他回忆起与马赫的交往(他们最后一次相见是1914年的夏天)时,他说那是“我求知寻识的一生中最重要的事情”。

1918年9月,泡利离开了他称之为“精神荒漠”的维也纳。奥匈帝国此时已经步入末路,维也纳昔日的光芒也正在褪去,他抱怨在这个城市的大学里并没有一流的物理学家。他本来可以去任何地方,但最后还是选择去慕尼黑,投入到阿诺德·索末菲门下学习。泡利抵达之时,索末菲在慕尼黑大学执掌理论物理学研究所已经十余年了,而且他刚刚推辞掉维也纳大学的教授聘书。自1906年履新之日,索末菲就立志要让研究所成为“理论物理学的托儿所(A Nursery of Theoretical Physics)”。尽管这个研究所并没有像玻尔在哥本哈根的研究所那样庞大,仅仅只有四个房间,即:索末菲的办公室,一间教室,一间学术会议室和一间小型图书馆。另外,在地下室还有一个较大的实验室,1912年,马克斯·冯·劳厄在这儿通过实验验证了X射线是一种短波长的电磁波,从而迅速奠定了该研究所的“托儿所”地位。

索末菲是一位异常优秀的导师,他善于为自己的学生设定一些他们力所能及的问题,用于锤炼学生们的能力。尽管手下不乏才智非凡的学生,但索末菲很快就发现泡利是那种罕见的特殊天才。1919年1月,泡利离开维也纳之前所写就的一篇关于相对论的论文发表了,索末菲并非那种能被人轻易打动的人,但这篇文章却给他留下了深刻的印象。在他的“托儿所”里,他的这位不满19岁的一年级新生,已经被其他人视为相对论的专家了。

在短时间之内,泡利就名声大振,而他对那些哗众取宠的新观点毫不留情、一针见血的批判也让人对他心生畏惧。由于他坚持决不妥协的立场,因而后来被一些人称为“物理学的良心(Conscience of Physics)”。他瞪着一对牛眼,虽然有些吐字不清,但他却一步步成为物理学界的一尊佛(the Budda of Physics)。每当他陷入到沉思中去时,他总是茫然若失般踱来踱去。大家均一致公认,他在物理学上的直觉感在当时无人能及,可能连爱因斯坦也得甘拜下风。他对自己的工作异常严谨,超过其他任何人。有时,由于泡利对物理问题理解过于透彻,以至于他的创造力未能完全自由发挥出来。因为同行们没有他那样的聪明智慧和无拘无束,因此,当泡利的思索和直觉肆意奔流之际,他并没有和同行互相交流,而是任由这些可能的思想财富白白浪费掉。

唯一让泡利在当时以及日后感到心悸的人物是索末菲。就是在成为一位著名的物理学家以后,每当泡利遇见自己的这位前导师,那些让泡利驳得灰头土脸的同行们就会惊讶地发现这位“上帝之怒”会谦恭地应答索末菲“是的,教授先生”,“不,教授先生”。他们很难相信这个家伙刚才还在嘲弄一位同行:“我并不介意你这人思维迟钝,但我很看不惯你发表文章的速度怎么能比你思考的速度还快呢。”一次,当泡利读到一篇论文时,他评价说:“它不仅仅是漏洞百出。”他有些目中无人。在他还是学生的时候,他就对着人头攒动的课堂嚷嚷:“你们知道,爱因斯坦先生的话并非如此可笑。”坐在前排的索末菲闻言大怒,他绝对无法容忍自己的任何其他学生胆敢如此大放厥词。但接着,他也明白其他学生绝不敢有这样的言行。每当谈论到物理学时,泡利总是充满自信,甚至在爱因斯坦面前依旧本色不改。

索末菲对泡利一向青眼有加,他请泡利相助,为《数学百科全书》(Encyklopadie der Mathematischen Wissenschaffen)就“相对论”写一篇文章。索末菲当时接受了一项任务,即担当该百科全书的第五卷(物理学部分)的编辑。由于爱因斯坦对此不感冒,索末菲决定自己动手写一篇关于相对论的文章,但他发现自己根本没有空余时间做这件事情。为此,他需要一个帮手,于是把这项工作委托给泡利。索末菲看到泡利交上来的初稿以后,赞叹道:“这篇文章如此深入浅出,看来我不必再画蛇添足了”。这篇文章不但对狭义和广义相对论进行了介绍,而且对该领域已有的学术文献进行了无与伦比的总结和提炼。在此后的数十年间,此文在该研究领域的具有教科书般的地位,并赢得了爱因斯坦衷心的称赞。1921年,在泡利获得博士学位两个月之后,这篇文章得以正式发表。

做学生的时候,泡利喜欢泡在咖啡馆里尽情享受慕尼黑的夜生活,等回到自己的住宅后,再通宵工作。自然,第二天早上的课就被他翘掉了,他一直要到中午才露面。但是,他所上的这些课足以让他被索末菲吸引到奇妙的量子物理世界。30年之后,泡利回忆说:“当时,在第一次了解到玻尔对量子物理的基本假设后,每一个被经典物理学驯服的物理学家都会感到震撼,我也没能幸免。”但是,当泡利着手开始自己的博士论文时,他已经成功地与这种震惊告别了。

索末菲给泡利布置了一项工作,让泡利利用玻尔的量子理论以及他自己所作的修正理论,检验一下离子化的氢分子,该分子是由两个氢原子组成,而其中一个原子失去了电子。果然不出意料,泡利在理论上做了无懈可击的分析。唯一的问题是他的理论结果和实验数据并不吻合。泡利已经习惯了从一个胜利走向另一个胜利,而这种理论和实验之间的出入让他很难堪。然而,他的这一博士论文项目反映出玻尔——索末菲量子原子模型已经走到了尽头。量子物理学当时被经典物理学处处桎梏,这种局面已经让人忍无可忍,而现在,泡利的结果说明玻尔——索末菲模型甚至连离子化的氢分子都无法解释,更遑论涉及到更加复杂的原子。1921年10月,拥有博士头衔的泡利离开慕尼黑,启程前往哥廷根大学担任理论物理学教授的助教一职。

第七章·自旋博士(2)


通宝推:尚儒,桥上,逍遥清风,
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