1926年中,雖然矩陣派和波動派還在內心深處相互不服氣,它們至少在表面上被數學所統一起來了。而且,不出意外地,薛定諤的波動方程以其琅琅上口,簡明易學,為大多數物理學家所歡迎的特色,很快在形式上占得了上風。海森堡和他那詰屈聱牙的方塊矩陣雖然不太樂意,也只好接受現實。事實證明,除了在處理關於自旋的幾個問題時矩陣占點優勢,其他時候波動方程搶走了幾乎全部的人氣。其實嗎,物理學家和公眾想像的大不一樣,很少有人喜歡那種又難又怪的變態數學,既然兩種體系已經被證明在數學上具有同等性,大家也就樂得選那個看起來簡單熟悉的。

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回顧一下量子論在發展過程中所經歷的兩條迥異的道路是饒有趣味的。第一種辦法的思路是直接從觀測到的原子譜線出發,引入矩陣的數學工具,用這種奇異的方塊去建立起整個新力學的大廈來。它強調觀測到的分立性,跳躍性,同時又堅持以數學為唯一導向,不為日常生活的直觀經驗所迷惑。但是,如果追究根本的話,它所強調的光譜線及其非連續性的一面,始終可以看到微粒勢力那隱約的身影。這個理論的核心人物自然是海森堡,波恩,約爾當,而他們背後的精神力量,那位幕後的「教皇」,則無疑是哥本哈根的那位偉大的尼爾斯‧玻爾。這些關係密切的科學家們集中資源和火力,組成一個堅強的戰鬥集體,在短時間內取得突破,從而建立起矩陣力學這一壯觀的堡壘來。

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當年輕氣盛的海森堡在哥廷根披荊斬棘的時候,埃爾文‧薛定諤(Erwin Schrodinger)已經是瑞士蘇黎世大學的一位有名望的教授。當然,相比海森堡來說,薛定諤只能算是大器晚成。這位出生於維也納的奧地利人並沒有海森堡那麼好的運氣,在一個充滿了頂尖精英人物的環境裡求學,而幾次在戰爭中的服役也阻礙了他的學術研究。但不管怎樣,薛定諤的物理天才仍然得到了很好的展現,他在光學、電磁學、分子運動理論、固體和晶體的動力學方面都作出過突出的貢獻,這一切使得蘇黎世大學於1921年提供給他一份合同,聘其為物理教授。而從1924年起,薛定諤開始對量子力學和統計理論感到興趣,從而把研究方向轉到這上面來。

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p×q≠q×p。如果說狄拉克比別人天才在什麼地方,那就是他可以一眼就看出這才是海森堡體系的精髓。那個時候,波恩和約爾當還在苦苦地鑽研討厭的矩陣,為了建立起新的物理大廈而努力地搬運著這種龐大而又沉重的表格式方磚,而他們的文章尚未發表。但狄拉克是不想做這種苦力的,他輕易地透過海森堡的表格,把握住了這種代數的實質。

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從赫爾格蘭回來後,海森堡找到波恩,請求允許他離開哥廷根一陣,去劍橋講課。同時,他也把自己的論文給了波恩過目,問他有沒有發表的價值。波恩顯然被海森堡的想法給迷住了,正如他後來回憶的那樣:「我對此著了迷...海森堡的思想給我留下了深刻的印象,對於我們一直追求的那個體系來說,這是一次偉大的突破。」於是當海森堡去到英國講

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上次我們佈置了一道練習題,現在我們一起來把它的答案求出來。

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物理學,海森堡堅定地想,應當有一個堅固的基礎。它只能夠從一些直接可以被實驗觀察和檢驗的東西出發,一個物理學家應當始終堅持嚴格的經驗主義,而不是想像一些圖像來作為理論的基礎。玻爾理論的毛病,就出在這上面。

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屬於海森堡的篇章要從1924年7月開始講起。那個月分對於海森堡可算是喜訊不斷,他的關於反常塞曼效應的論文通過審核,從而使他晉升為講師,獲得在德國大學的任意級別中講學的資格。而玻爾--他對這位出色的年輕人顯然有著明顯的好感--也來信告訴他,他已經獲得了由洛克菲勒(Rockefeller)財團資助的國際教育基金會(IEB)的獎金,為數1000美元,從而讓他有機會遠赴哥本哈根,與玻爾本人和他的同事們共同工作一年。也是無巧不成書,海森堡原來在哥廷根的導師波恩正好要到美國講學,於是同意海森堡到哥本哈根去,只要在明年5月夏季學期開始前回來就可以了。從後來的情況看,海森堡對哥本哈根的這次訪問無疑對於量子力學的發展有著積極的意義。

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「電子居然是個波!」這個爆炸性新聞很快就傳遍了波動和微粒雙方各自的陣營。剛剛還在康普頓戰役中焦頭爛額的波動一方這下揚眉吐氣,終於可以狠狠地嘲笑一下死對頭微粒。”波動日報”發表社論,宣稱自己取得了決定性的勝利。「微粒的反叛勢力終將遭遇到他們應有的可恥結局--電子的下場就是明證。」光子的反擊,在波動的眼中突然變得不值一提了,連電子這個老大哥都搞定了,還怕小小的光子?

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當玻爾的原子還在泥潭中深陷苦於無法自拔的時候,新的革命已經在醞釀之中。這一次,革命者並非來自窮苦的無產階級大眾,而是出自一個顯赫的貴族家庭。路易士‧維克托‧皮雷‧雷蒙‧德‧布羅意王子(Prince Louis Victor Pierre Raymond de Broglie)將為他那榮耀的家族歷史增添一份新的光輝。

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曾幾何時,玻爾理論的興起為整個陰暗的物理天空帶來了絢麗的光輝,讓人們以為看見了極樂世界的美景。不幸地是,這一虛假的泡沫式繁榮沒能持續太多的時候。舊的物理世界固然已經在種種衝擊下變得瘡痍滿目,玻爾原子模型那宏偉的宮殿也沒能抵擋住更猛烈的革命衝擊,在混亂中被付之一炬,只留下些斷瓦殘垣,到今日供我們憑弔。最初的暴雨已經過去,大地一片蒼涼,天空中仍然濃雲密佈。殘陽似血,在天際投射出餘輝,把這廢墟染成金紅一片,襯托出一種更為沉重的氣氛,預示著更大的一場風暴的來臨。

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應該說,玻爾關於原子結構的新理論出臺後,是並不怎麼受到物理學家們的歡迎的。這個理論,在某些人的眼中,居然懷有推翻麥克斯韋體系的狂妄意圖,本身就是大逆不道的。瑞利爵士(我們前面提到過的瑞利-金斯線的發現者之一)對此表現得完全不感興趣,J.J.湯姆遜,玻爾在劍橋的導師,拒絕對此發表評論。另一些不那麼德高望重的人就直白多了,比如一位物理學家在課堂上宣佈:「如果這些要用量子力學才能解釋的話,那麼我情願不予解釋。」另一些人則聲稱,要是量子模型居然是真實的話,他們從此退出物理學界。即使是思想開放的人,比如愛因斯坦和波恩,最初也覺得完全接受這一理論太勉強了一些。

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