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除了自己的无知， －苏格拉底 |
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本文发表于《现代物理知识》二零一二年第四期 (中国科学院高能物理研究所) |
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喜欢本人文字的读者 让泡利敬重的三个半物理学家 好像我每次写泡利 (Wolfgang Pauli) 总是在 “六一” 附近， 上次写 泡利效应趣谈 是在 5 月底， 这次则是在 6 月初， 可能是这个话题比较轻松吧。 其实泡利的论文大都不是省油的灯， 但他的故事却充满了轻松诙谐， 在 “六一” 附近自然只适合谈论后者。 喜欢物理学史的朋友想必都知道， 泡利是一位以批评尖刻、 不留情面著称的物理学家， 荷兰物理学家艾伦菲斯特 (Paul Ehrenfest) 曾给他取过一个外号， 叫做 “上帝的鞭子” (God's whip)。 至于他的具体 “执鞭” 事迹， 大家可能已经听得多了， 在这里我只讲一个在我看来流传较少， 并且特别有趣的。 我们知道， 苏联有位以狂傲著称的物理学家， 叫作朗道 (Lev Landau)。 有人画过这样一幅漫画： 朗道坐在讲台上， 长着一对天使翅膀， 头上绕着光环 (仔细看的话， 那光环似乎是用量子力学波函数 Ψ 组成的)， 下面的学生则个个长着长长的驴耳朵， 恭恭敬敬地聆听教诲。 无独有偶， 泡利的学生在泡利面前也有耳朵偏长的感觉， 在泡利的学生中流传着这样一种说法， 那就是他们可以问任何问题， 而不必担心问题太愚蠢， 因为任何问题对泡利来说都是愚蠢的[注一]。 也许是看武侠小说种下的好奇心， 当我第一次读到朗道的故事时， 心中就闪过了一个问题， 那就是： 如果狂傲的朗道遇到尖刻的泡利， 会发生什么状况？ 当然， 我没指望这个准武侠问题会有答案。 可没想到的是， 这个问题居然真的有答案。 据说有一次朗道到苏黎世去做演讲——众所周知， 苏黎世是泡利的老巢， 而且泡利当时正在巢内！ 结果一向狂傲的朗道藏起了天使翅膀 (“隐形的翅膀”？)， 收起了 Ψ 光环 (波包收缩？)， 讲完后还破天荒地作绵羊状， 谦称自己所讲的东西也许并非完全是错的。 “噢， 绝对不是，” 泡利安慰说： “你讲的东西是那样地乱作一团， 我们根本弄不清哪些是对的， 哪些是错的。” 这个故事我在英文文献中没有看到过， 也不知其原始出处， 不过已故中国科学史学家 戈革先生 在他的《史情室文帚》中讲过这个故事， 从而应该是有来源的——不过那来源也可能只是八卦。 20 世纪前 30 年的物理学史实在太过激动人心， 距今虽然才不过一个世纪， 却已像上古神话一样抹上了传奇色彩。 一般来说， 除非是物理学家在信件、 访谈或回忆录中记述过的亲身经历的东西， 别的一切都可能只是八卦。 罗伯森 (Peter Robertson) 在《玻尔研究所的早年岁月》一书中曾经写道： “在大多数情况下， 这些逸闻几经转述， 变得更具有寓言或象征性的含义， 它们既是一代物理学家留给下一代的部分遗产， 也是物理学史中围绕这一不寻常历史时期的不断增长的神话中的一部分。” 不过， 事实也好， 神话也罢， 既然泡利是这样一位有趣人物， 我们就要问了： 这位以尖刻著称， 甚至能让朗道变成 “绵羊” 的人物心中， 是否也有让他敬重的物理学家呢？ 答案是肯定的， 但人数不多。 我数了数， 总共只有三个半 (上回在 泡利效应趣谈 中我以一人之差没能拾到任老教主的牙慧， 这回不能再失手了)。 不过在介绍这三个半人之前， 我先要对 “敬重” 一词做一点说明， 因为这个词对泡利和对别人是有一定差别的， 对泡利来说， 我觉得它的 “定义” 是这样的[注二]：
从不批评 = 极度敬重
好了， 现在我们言归正传， 先说那半个人， 他的名字大家都很熟悉， 叫做海森堡 (Werner Heisenberg)。 论辈分， 他其实是泡利的师弟 (年龄也比泡利略小)。 尽管辈分不高， 但早在 1924 年， 在这位师弟尚未完成任何重大工作时， 泡利就已对他刮目相看。 当时人们正被复杂元素的光谱问题搞得焦头烂额， 泡利在给玻尔的一封信中将几乎所有物理学家都损了一通， 说他们可以分为两类， 一类是先用半量子数算一遍， 如果不行就改用整量子数； 另一类是先用整量子数算一遍， 如果不行就改用半量子数。 但他特意加了一个注释： “我不把海森堡包括在内， 他更有头脑。” 泡利的遗孀在泡利去世后接受一位科学史学家采访时， 也曾回忆说泡利对海森堡的物理直觉有很深的敬意， 认为那种直觉 “盖过了所有的反对理由”。 当然， 泡利与海森堡也闹过别扭， 在 20 世纪 50 年代， 他们两人曾合作发展过一种非线性旋量理论 (那是海森堡版的 “统一场论”)。 但泡利后来不仅退出了合作， 而且对海森堡进行了公开而尖刻的批评。 杨振宁曾回忆过 1958 年夏天他们在日内瓦国际高能物理会议上的争论， 他说： “这是我从来没有见到过的， 两个重要的物理学家当众这样不留情面地互相攻击。” 但是， 在同年秋天， 泡利却告诉海森堡： “你必须把这项工作推进下去， 你总是有正确的直觉。” 当然， 那段时间泡利的情绪和健康都已不太稳定 (那年的 12 月 15 日， 他就离开了人世)， 对他那段时间的言论也许不宜做太多解读。 不过在与泡利年纪相仿的物理学家中， 从未有第二个人从他那里得到过如此高的评价， 因此海森堡这 “半个人” 的地位应该是很稳固的——或者说是 “测得准” 的。
现在来谈谈那三个 “完整的人” (郭德纲语)。 首先亮相的是 “老牌劲旅” 爱因斯坦 (Albert Einstein)。 虽然在有关泡利的故事中， 不乏拿爱因斯坦垫背的， 比如关于泡利指出爱因斯坦错误的故事， 而且我还可以补充一件流传较少， 但绝对真实的事情， 那就是当爱因斯坦发表了反对哥本哈根诠释的 EPR 论文之后， 泡利在给海森堡的信中曾经调侃道： “假如一个大学生在低年级时提出了这样的反对意见， 我会认为他很有头脑， 也很有前途。”[注三] 不过， 尽管留下了上述白纸黑字， 综合地讲， 泡利对爱因斯坦这位 20 世纪最伟大的物理学家是充满敬意的。 我们知道， 泡利和爱因斯坦晚年曾在美国普林斯顿高等研究院共事过。 1945 年， 当泡利获得诺贝尔物理学奖时， 普林斯顿的同事们为他举办了一个庆祝会。 在会上， 爱因斯坦出人意料地发表了简短的祝贺[注四]。 泡利对来自爱因斯坦的这份祝贺极为珍视。 几年后， 爱因斯坦 70 岁生日时， 泡利在给爱因斯坦的信中这样写道： 您的 70 岁生日给了我一个愉快的机会， 在向您表示由衷祝贺的同时， 告诉您我是多么感激您在普林斯顿给予我的私人友情， 以及您 1945 年 12 月在研究院庆祝会上的讲话给我留下的记忆有多么难忘。 爱因斯坦去世后， 泡利在给玻恩 (Max Born) 的信中， 再次提到了爱因斯坦的那次讲话： 这样一位亲切的、 父亲般的朋友从此不在了。 我永远也不会忘记 1945 年当我获得诺贝尔奖之后， 他在普林斯顿所作的有关我的讲话。 那就像一位国王在退位时将我选为了如长子般的继承人。 泡利对爱因斯坦发自内心的敬重， 在这些绝无半分调侃的文字中流露得非常清晰。
不过在让泡利敬重的人当中， 爱因斯坦还排不到第一， 甚至连第二都悬， 因为争夺第二的是一位强劲的对手： 丹麦物理学家玻尔 (Niels Bohr)。 在量子理论发展史上， 人们对玻尔具体贡献的大小或许有所争议 (感兴趣的读者可参阅拙作 纪念戈革 — 兼论对应原理、互补原理及 EPR 等 的 第三节 和 第五节)， 但几乎无可争议的是， 他是一位极富感召力的领袖人物。 大多数年轻物理学家对玻尔都非常敬重， 其中包括那位以狂傲著称的朗道。 朗道不仅敬重玻尔， 而且还很谦虚地向他请教过有什么秘诀能把这么多有才华的年轻人聚集在自己周围 (玻尔的回答是： 我只是不怕在他们面前暴露自己的愚蠢。 不过据说朗道向别人转述这一回答时， 把 “暴露自己的愚蠢” 错说成了极具朗道特色的 “暴露他们的愚蠢”)。 作为哥本哈根学派的铁杆成员， 泡利跟玻尔的关系也是非常密切的。 1922 年， 玻尔在哥廷根做了一系列演讲， 由此结识了海森堡和泡利。 演讲后泡利在给玻尔的信中表示： “非常感谢您在哥廷根时那样亲切地让我了解到最广泛的问题， 那对我来说有着无可估量的益处。” 二十多年后， 在回忆自己的科学生涯时， 泡利再次表达了对玻尔的敬意， 他说： “我科学生涯的一个新阶段始于我第一次遇见尼耳斯·玻尔。” 关于泡利对玻尔的敬意， 还可以补充一个很有趣的例子。 我们知道， 泡利曾把玻尔的弟子， 比利时物理学家罗森菲尔德 (Léon Rosenfeld) 戏称为 “教皇的唱诗童子”。 但事实上， 在玻尔这位 “教皇” 面前， 泡利本人也时常表现得像一位试图博取疼爱的孩子。 1924 年底， 在讨论元素光谱时， 泡利给玻尔的信件中居然出现了这样的文字： “如果我的胡思乱想居然真能使您又亲自关心起多电子原子的问题来， 那我就将是世界上最快乐的人了” 老实说， 如果把上述文字中的物理去掉， 我恐怕会分不清说话者是泡利还是琼瑶。 世上能让泡利以如此语气写信的人， 恐怕只有玻尔了。 因此， 玻尔在让泡利敬重的人当中绝对是可以坐三望二的 (而且我倾向于把他排第二)。 不过， 泡利和玻尔在多数观点上虽可算是同气连枝 (与 “站在了历史的错误一面” 的爱因斯坦不同)， 但也免不了要受泡利的批评 (当然， 大都是很客气的 “治病救人” 式的批评)， 比如玻尔那短命的 BKS 理论， 就因为放弃了严格意义下的能量守恒定律而遭到了泡利的批评。 后来当美国物理学家康普顿 (Arthur Compton) 等人用实验否决了 BKS 理论后， 玻尔在给同事的信里承认， 泡利 “长期以来就是对我们的 ‘哥本哈根叛乱’ 不表同情的。”
那么， 在与泡利有深交的物理学家之中， 有没有谁是从未受过泡利批评——从而按我们的 “定义” 是让泡利 “极度敬重”——的呢？ 有， 但有且仅有一位， 那就是泡利的导师索末菲 (Arnold Sommerfeld)。 事实上， 泡利不仅从未批评过索末菲， 甚至终其一生都在索末菲面前谨守着弟子礼仪。 哪怕当他早已成为极有声望的物理学家之后， 只要索末菲走进他的屋子， 泡利就会立刻站起， 甚至鞠躬行礼。 他的这种乖顺的举止常常让习惯了严厉批评的他的弟子们 “没事偷着乐”。 对此， 奥地利物理学家韦斯科夫 (Victor Weisskopf) 在其自传中有过很有趣的记述： 有一个人泡利对他的反应是不同的。 当阿诺德·索末菲——泡利以前的导师——来到苏黎世访问时， 一切就都变成了 “是， 枢密顾问先生， 是， 那是最有趣的， 虽然我也许会倾向于稍稍不同的表述。 我可不可以这样来表述？” 对于太经常成为他霸气牺牲品的我们来说， 看到这样一个规规矩矩、 富有礼貌、 恭恭敬敬的泡利是一件很爽的事情。 关于泡利对索末菲的敬重， 除外人的观感外， 还可以举出泡利本人的文字。 索末菲 70 岁生日临近时， 泡利开始撰写一篇索末菲感兴趣的文章。 为了让文章能恰好完成于索末菲生日当天， 泡利将完稿日期推延了几天。 但擅自推延索末菲喜欢的文章是有风险的， 万一老爷子生气怎么办？ 于是他给索末菲写了一封安慰信： 您紧皱的眉头总是让我深感敬畏。 自从 1918 年我第一次见到您以来， 一个深藏的秘密无疑就是， 为什么只有您能成功地让我感到敬畏。 这个秘密毫无疑问是很多人都想从您那儿细细挖掘的， 尤其是我后来的老板， 包括玻尔先生。 事实上， 不仅泡利如此， 索末菲所有的学生在他面前都保持着恭敬的礼节， 而索末菲本人似乎也很喜欢这种礼节。 这种老派的德国礼仪曾让一些美国物理学家不以为然。 比如美国氢弹之父泰勒 (Edward Teller) 就表示自己不太喜欢索末菲， 原因就是太重礼仪。 他说美国物理学家冯弗莱克 (John Hasbrouck Van Vleck) 年轻时曾经见过索末菲。 第一次见到时， 他打招呼说： “早上好， 索末菲先生”， 索末菲基本未予理会； 第二次见到时， 他打招呼说： “早上好， 教授先生”， 索末菲只是淡淡地笑了笑； 直到后来当他说： “早上好， 枢密顾问先生” 时， 索末菲才赞许地回答说： “你的德语进步很快啊。”[注五] 但不管怎么说， 在索末菲的学生之中， 有六人获得过诺贝尔奖， 几十人成为第一流的教授， 他们的名字足可铺成一条 20 世纪物理学的星光大道。 索末菲本人虽从未得过诺贝尔奖， 却是一位无冕之王， 是物理史上最伟大的教师之一， 他在让泡利敬重的物理学家中拔得头筹是实至名归的。 也许在未来的某个 “六一”， 我会写写这位伟大教师的故事。
参考文献
二零一零年六月五日写于纽约 相关链接 站长往年同日 (6 月 5 日) 发表的作品
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