科學家傳奇

第二十三章 量子力學與玻爾國際金質獎章

　　尼爾斯·玻爾為保諾貝爾獎章，想出溶化又複得的辦法，他這種臨場應變的智慧跟他的愛國精神一樣，贏得世人的尊敬與稱讚。在1955年玻爾教授70壽辰之際，丹麥工程學會特地設立了以玻爾名字命名的科學獎——玻爾國際金質獎章，這個國際科學獎主要授予那些在和平利用原子能方麵取得傑出成就的工程師或物理學家。

　　玻爾國際金質獎章每三年頒發一次，對所有國家學者開放。獲獎者多為世界著名學者，如赫維西、卡皮察、拉比、海森堡、費因曼等，都是諾貝爾獎金獲得者，所以這個獎項在科學界有較好的口碑。在眾多玻爾國際金質獎章獲獎者名單中，海森堡便是其中的佼佼者，他的名字與玻爾一樣，成為繼愛因斯坦之後20世紀最偉大的科學家之一。他和玻爾之間，也有著許多動人的故事。

　　他讓“教父”大吃一驚

　　提起玻爾的名字，總跟量子力學聯係在一起。這是因為玻爾除了自身是20世紀最有影響力的物理學家之一外，他還培養了海森堡等一批年輕科學家，創建了20世紀最偉大的物理學理論——量子物理學，人稱量子物理的“教父”。

　　1922年，德國科學家為了慶祝玻爾獲得諾貝爾獎，特地舉行“玻爾節”，邀請玻爾演講。在聽眾中有一位21歲的大二學生，他就是海森堡。海森堡這次可是有備而來，他仔細研究了玻爾提出的理論，找出了許多理論中不完善的地方，他準備了很多尖銳的問題，在提問的環節，他給玻爾遞上了一張紙條，並謙虛地說：“這是我對先生研究的學說的一點心得。”對於這樣一位無名小輩的舉動，玻爾當時並未在意，他隨便將紙條翻了翻，這一翻可讓這位大學者大吃一驚，海森堡向他提供的正是他沒有深入研究和疏忽了的原理，這下子，著名的科學家玻爾沒話可說了。玻爾當然沒有回答出海森堡的問題，虛心的玻爾於是在會後邀請海森堡去散步。玻爾因此對海森堡留下了深刻的印象。

　　1964年，海森堡在丹麥的哥本哈根領取玻爾國際金質獎章時，提起了這次演講，他說這次演講後的散步，是決定他一生命運的散步。因為，正是這一次散步，讓海森堡對玻爾的理論產生更大的興趣，同時，玻爾這種不恥下問的研究作風，也深深吸引了海森堡。於是，海森堡大學畢業後，就到玻爾研究所去工作。從1924年到1927年，海森堡在哥本海森堡哈根與玻爾一起工作，他在玻爾那裏接觸到了量子力學的最前沿理論，終於提出了量子力學中著名的不確定關係，敲開了量子力學的大門。這幫助他奪得了1932年的諾貝爾物理獎，這一年，海森堡才31歲。

　　正因為有這樣的一段淵源，所以當玻爾跟愛因斯坦為學術上的事情爭得不可開交時，海森堡毫不遲疑地加入到支持玻爾的行列。要知道，海森堡在青年時代是非常崇拜愛因斯坦的，曾奉為自己的學術思想導師。玻爾等人提出量子力學的統計解釋以後，愛因斯坦竭力反對，海森堡便不顧愛因斯坦的反對，毅然加入了以玻爾為首的“哥本哈根學派”，竭力宣揚統計解釋，他提出的“測不準原理”進一步揭示了量子力學的統計性質，終於成為物理學界所公認的量子力學代表。

　　休假中的重大發現

　　說起海森堡創立量子力學，還是一次休假的結果呢。

　　出生於德國維爾茨堡的海森堡，從小在慕尼黑長大，早在中學時代，海森堡就已展現出過人的天賦，老師曾寫下評語說：海森堡能看到事物的本質，而不僅僅拘泥於表象和細節。

　　海森堡在大學畢業後，來到玻爾的研究所，開始醞釀起他的新理論。當時，這位23歲的年輕大學教師不幸患了病，醫生建議他去度假勝地休息兩周，可到了目的地後，他根本就不想睡覺，每天用1/3的時間來計算量子力學、1/3的時間攀岩，餘下的時間背誦詩集。他就是利用這段時間想通了問題，提出了量子力學理論。這一新的物理學說，在基本概念上與經典牛頓學說有根本的區別。

　　根據海森堡提出的新理論，科學家們得出了一係列成果，其中有著名的“測不準原理”。這條原理由海森堡本人在1927年親自提出，被人們認為是科學中所有道理最深奧、意義最深遠的原理之一。現在，量子學說已廣泛應用於現實生活，諸如電子顯微鏡、激光器和半導體等現代儀器，都是它的基本運用。它在核物理學和原子能領域裏也有著許許多多的應用；它構成了我們的光譜學知識的基礎，廣泛地用於天文學和化學領域；它還用於對各種不同論題的理論研究，諸如液態氦的特性、星體的內部構造、鐵磁性和放射性，等等。

　　當然，對量子力學的貢獻，並不是海森堡一個人的專利，在海森堡之前，馬克斯·普朗克、阿伯特·愛因斯坦、尼爾斯·玻爾和法國科學家路易·德·布羅格利等，都曾做出過相關的研究。此外，在海森堡提出了量子力學理論後，許多科學家其中包括奧地利人歐文·施羅丁格和英國人迪拉克等人還在繼續完善量子學說。

　　海森堡如此偉大，以至於以海森堡為主角的《哥本哈根》戲劇在紐約上演後，佳評如潮，連連得獎。

　　海森堡不僅對量子力學感興趣，對藝術和音樂也十分在行。他的研究風格與達·芬奇作畫時盡量利用素描、色彩和光線的明暗等手段相似，力求達到客觀與主觀的協調一致。在海森堡的眼裏，連深奧的物理研究也像是在作曲，古典物理猶如巴赫的交響曲。海森堡把物理當成了作曲，不同的是，作曲家使用的是音符，海森堡則使用數學符號。