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泡利和他敬重的三个半物理学家

时间:2022-02-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:泡利一生恃才傲物,不可一世,但是是否也有让他敬重的物理学家呢?但是泡利的敬重与众不同,表现完全令人叫绝。但总的说来,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。在让泡利敬重的三个完整的人当中:丹麦物理学家玻尔与他具有特别的非凡友谊。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。

我们在上面简要地介绍了泡利的生平及其贡献。中微子之父泡利是20世纪最富于传奇色彩的物理学家,其行为处事像中微子一样不可思议,但是仔细考究起来,却颇有值得人们深思的地方,使人不由产生似曾相识的感觉。我们介绍科学家的奇闻轶事在大多数情况下,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。会给年轻人以启迪和鼓励。

朗道(1908~1968)

20世纪,前苏联有位以狂傲著称叫朗道的物理学家。他所编撰的洋洋洒洒11卷理论物理教程至今还是物理学家丰盛的科学宝库。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。

科学史专家戈革先生说,有一次朗道到苏黎世去做演讲,朗道知道泡利在座,一向狂傲的他,藏起了天使翅膀,收起了ψ光环,讲完后还破天荒地作绵羊状,谦称自己所讲的东西也许是错的“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。”

泡利一生恃才傲物,不可一世,但是是否也有让他敬重的物理学家呢?有!有人说总共只有三个半,他们是海森堡、爱因斯坦、玻尔和索末菲。但是泡利的敬重与众不同,表现完全令人叫绝。据学人卢昌海的研究,泡利的敬重定义是:极度敬重,即从不批评;比较敬重,即偶尔批评;有点敬重,即偶尔表扬;正常朋友,即狠狠批评。

先说半个,就是海森堡。这位大名鼎鼎德国物理学家是量子力学的主要创始人,“哥本哈根学派”的代表人物,1932年诺贝尔物理学奖获得者。他的《量子论的物理学基础》是量子力学领域的一部经典著作。介绍他的重要影响,在美国学者麦克·哈特所著的《影响人类历史进程的100名人排行榜》,海森堡名列第46位。

他其实是泡利的师弟(年龄也比泡利略小),其导师就是索末菲。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,说他们的招数可以分为两类,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,也曾回忆说泡利给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”。

海森堡(1901~1976)

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。

泡利最敬重的人是爱因斯坦。爱因斯坦是三个完整的人之首。当然,泡利有时也调侃爱因斯坦。例如,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。”

但总的说来,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。从下面两封信我们可以看到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。一封信是当泡利和爱因斯坦晚年曾在美国普林斯顿高等研究院共事时,泡利给爱因斯坦的回信。1945年,当泡利获得诺贝尔物理学奖时,在普林斯顿的同事们举办了一个庆祝会上,爱因斯坦出人意料地发表了简短的祝贺。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(1879~1955)

第二封信是爱因斯坦去世后,泡利在给玻恩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,他在普林斯顿所做的有关我的讲话。那就像一位国王在退位时将我选为了如长子般的继承人。

玻尔与泡利玩陀螺

玻尔(1885~1962)

在让泡利敬重的三个完整的人当中:丹麦物理学家玻尔与他具有特别的非凡友谊。大家知道玻尔是丹麦物理学家,哥本哈根学派的创始人,曾获1922年诺贝尔物理学奖。他通过引入量子化条件,提出了玻尔模型来解释原子光谱,提出对应原理、互补原理和哥本哈根诠释来解释量子力学,对20世纪物理学的发展影响深远。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,问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。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。”20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尔斯·玻尔。”

哥本哈根学派大本营——玻尔研究所

由于泡利对玻尔的敬意,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”。世上能让泡利以如此语气写信的人,恐怕只有玻尔了。

在对量子力学的正统解释的观点上,玻尔和泡利在观点上可以说是同气相求,与爱因斯坦绝然不同。但有时也免不了要受泡利的批评。例如在对β衰变的连续能谱的物理解释,玻尔不赞成泡利的中微子假说,而提出所谓短命的BKS理论,放弃了严格意义下的能量守恒定律,而遭到了泡利的批评。在美国物理学家康普顿等人用实验否决了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。”

玻尔对泡利十分器重。玻尔曾这样表达过很多人对泡利的欣赏态度:“确实,每个人都渴望听到泡利永远很强烈和很幽默地表示出来的对子新发现和新想法的反应,以及他对新开辟的前景的爱与憎。即使暂时可能感到不愉快,我们也永远是从泡利的评论中获益匪浅的;如果他感到必须改变自己的观点,他就极其庄重地当众承认,因此,当新的发展受到他的赞赏时,那就是一种巨大的安慰。同时,当关于他的性格的那些轶事变成一种美谈时,他就越来越变成理论物理学界的一种良知了。”

在与泡利有深交的物理学家之中,泡利的导师索末菲是唯一从未受过泡利批评的,因而可以说是让泡利“极度敬重”的前辈。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。

为了表示对索末菲的敬重,在索末菲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。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。

泡利与导师索末菲

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