主题：【原创翻译】《量子》----第二部·男孩物理 -- 奔波儿

“衷心祝愿你能大幅度推动原子理论的进步；另外，我一直被一些问题苦苦折磨然而一无所获，因为我对此实在是有些力不从心，希望你也能一并将它们解决掉”，泡利在写给玻尔的信中坦言道“我还盼望着海森堡返回的时候，将会从哲学的高度思考问题。”。就这样，在这位德国年轻人（即海森堡）到来之前，波尔就已经对他有了透彻的了解。在这短短的两周访问期间，玻尔和海森堡的讨论主要集中在物理定律而非某些特定的问题，他们就这样一边谈着话，一边在研究所旁边的法内德公园（Faelledparken）散着步，或者在晚会上边喝酒边聊天。多年以后，当海森堡回忆起他在哥本哈根于1924年三月间渡过的这段时光时，说这是“上天赐予的一份礼物”。

“当然，我会怀念他（他是如此魅力四射、杰出无比、光彩夺目的一个人，他让我觉得异常亲切），但是我应该考虑到他的利益，并将遵从你的决定”，玻恩在写给玻尔的回信中说，就这样，海森堡受邀在哥本哈根多盘桓一些日子。在即将到来的冬季学期，玻恩要去美国讲学，因而一直到来年的五月，他都不需要助手。1924年的7月，海森堡顺利完成了他的特许任教资格（Habilitaion）论文，从而获得了在任何一所德国大学任教的资格，随后他就前往巴伐利亚进行了一次为期三周的远足。

1924年9月17日，海森堡回到了玻尔的研究所，这时的他年仅22岁，但已经作为第一作者或者共同作者发表了一系列量子物理方面的论文。他还需要学习很多东西，但他清楚地明白玻尔正是那位对他传道授业的老师。“从索末菲那儿，我学会了乐观主义；在哥廷根，我学习了数学；而在玻尔这儿，我掌握了物理”，他回忆说。在接下来的七个月里，海森堡深入了解了玻尔是如何解决那些困扰着量子理论的问题的。在解决理论预测和实验数据不吻合以及其它一些难题方面，虽然索末菲和玻恩也在不懈努力着，但却没有任何人能像玻尔这样全身心地投入。以至于，他的谈话总是围绕着这些问题。

通过大量的讨论，海森堡逐渐“明白要想将某个实验结果与另一个协调一致，这是极其困难的”。这些实验包括康普顿的工作，他利用电子进行轰击引起X射线的散射，从而证实了爱因斯坦的光量子理论。摆在面前的难关就是如何与德布罗意所提出的波粒二相性融为一体，从而囊括所有这些结果。玻尔已经将自己的全部知识传授给了海森堡，他对自己这位年轻的监护对象（protégé）寄予厚望：“现在，海森堡只需要做一件事情----从一片荆棘丛中斩出一条路来。”

1925年4月底，带着对玻尔盛情招待而怀有的深深谢意，同时还有为“自己在未来必须得独自挣扎前进”而产生的一丝悲哀，海森堡返回到了哥廷根。不容置疑，他已经通过和玻尔的讨论以及与泡利的对话中学会了价值非凡的东西：最基本的东西即是最重要的。在海森堡试图解决一个悬而未决的难题，即氢的谱线强度问题之时，他已经成竹在胸。玻尔----索末菲量子原子可以解释氢谱线的频率，但无法解释谱线的明暗。海森堡的主意就是将可观测的东西与不可观测的分割开来。（例如，）电子围绕氢的原子核进行转动的轨道就是不可观测的。因此，海森堡干脆将电子环绕原子的原子核的理论弃置不用。这一步是如此之大胆，但也是他现在准备要走的一步，因为他早就厌恶这套对无法观测的现象所作的形象化描绘。

当海森堡还是慕尼黑的一个懵懂少年之时，他就“着迷于用数学形式来表征组成物质的最小粒子这类想法”。当时，他偶然在自己的课本上发现一幅插画，这让他异常振奋。在这幅画上，为了解释一个碳原子是如何与两个氧原子结合形成一个二氧化碳分子，原子们被画上了键与眼睛，彼此手拉着手。海森堡认为量子原子内部有关沿轨道运行的电子这种想法明显遥不可及。他现在已经放弃任何观察原子内部运动状态的尝试。对于任何无法观测的东西，他都决定弃之如弊履，而将自己的注意力仅仅放在那些在实验室中可以定量观测的东西：当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会释放或者吸收光线，从而产生了谱线，而其频率和强度是可以进行定量化观测的。

其实，早在海森堡采用这一新策略的一年多前，泡利就曾经质疑过电子轨道的可行性。1924年2月，泡利用意大利语给玻尔写了一封信，在信中提出了自己的质疑“对我而言，问题的关键应该是这样的：当电子处于稳态时，我们到底可以在多大程度上确定其轨道的状态？”尽管泡利已经走在通向不相容定理的大路之上，而且注意到电子壳层的闭合问题，但是他也的确在12月份写给玻尔的信中回答了自己所提出的这个问题：“我们不应该将电子束缚在偏见的锁链之上----因为在我看来，这种偏见就是我们假定电子的轨道属于普通力学的范畴----换言之，我们必须反其道而行之，即根据经验对我们的理论做出调整”他们不能再和稀泥了，以前，他们总是醉心于对自己而言耳熟能详且运用自如的经典力学，但现在，这种做法到头了。物理学必须要突破桎梏，冲出囚笼。第一个这样做的人就是海森堡，他所做的是遵循实用主义者的信条，即科学应该是建立在观测结果的基础上的，同时他还试图仅仅依靠定量观测构建出一套理论来。

第八章·量子魔法师（6）

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每天，研究所的诸人都会翘首以待一件物事，那就是早晨的邮件。父母和朋友的来信一向是受欢迎的，但大家真正期盼的却是远方的同行寄来的回函，以及汇来的科技刊物，因为从那上面能够了解物理研究前沿那些最重大的新闻。尽管人们的谈话大部分时间都充斥着物理问题，然而大家的生活中并不是只有物理。所里会经常组织音乐晚会、乒乓球赛、远足，或者一起去观赏当下最新的电影。

海森堡是带着很高的期望值来到这里的，但初来乍到的那几天却让他有些焦躁不安。每次他跨进大门的时候，都想找机会和玻尔待上一会儿，可他几乎就没瞅见过玻尔的影子。海森堡过去一向是最优秀的学生，可在玻尔这儿，和他共处一室的是来自世界各地的才华横溢的青年物理学家。他有些被吓到了，大家都能讲好几种语言，可他就是用自己的母语德语，若想清晰阐述自己的观点都感到有些吃力。海森堡最喜欢的事情就是和朋友们一起在乡野远足，而在研究所里他觉得每个人都如鱼得水，除了他自己。但是，最让他感到绝望的还不是这些事情，而是他觉得大家对原子物理的理解都远远超过了自己。

海森堡觉得自己不能再这样消沉下去，但同时又怀疑自己是否真的能有机会和玻尔共事。一天，他正枯坐在房间里，忽然，他听见一记敲门声，玻尔来了。玻尔为自己忙于工作无暇顾及海森堡表示歉意，并提议两个人一起出去进行一次远足。玻尔解释说，在研究所里，很难有机会能让他们俩人随心所欲地谈话。除了边走边聊，还有什么更好的方法能促进人们对彼此的了解呢？这也是玻尔喜欢的一种消遣活动。

第二天一大早，他们搭乘电车来到城市的北郊，开始远足。玻尔询问了海森堡的童年，还问他对十年前世界大战是如何爆发的还有什么印象。他们就这样一路向北行进，这次他们并没有谈论物理，而是聊到了战争的利弊、海森堡所参与的青年运动，以及德国。他们在一家旅馆过了一夜，随后又一起走到齐斯维勒莱厄（Tisvilde），住在玻尔所拥有的一栋乡村别墅里，第三天，他们返回了研究所。这次远足全程100英里（合160公里），影响了海森堡的一生，而玻尔也达到了他所想要的目的。就这样，他们迅速地成为知己。

当他们最终返回哥本哈根以后，他们聊起了原子物理。玻尔，做为一个人，而非一位物理学家，成功地俘获了海森堡。“毫无疑问，我完全沉醉在自己在这儿所渡过的日子”他在写给泡利的信中说。在此之前，他从未遇到任何一个人能像玻尔一样可以一起畅所欲言。尽管索末菲对自己研究所中的每个人都关爱有加，但他是那种传统的德国教授范儿，和自己的下属总是保持着一定的距离。在哥廷根，海森堡绝不会也不敢想象能像和玻尔这样无所顾忌地聊天。有一点他没有意识到，那就是他总是紧跟泡利的脚步，泡利也曾受到玻尔的热忱招待。

泡利对海森堡的一举一动一直保持关注，他们俩人经常性及时交流彼此的观点。当泡利得知海森堡要在哥本哈根待上几周时，他已经回到了汉堡大学，于是他提笔给玻尔写了一封信。泡利一向以口无择言而恶名远扬，但这一次他却在信中称海森堡是一位“举世无双的天才”，而且“总有一天将会极大地推进科学的进步”，这让玻尔不由不侧目而视。但在这一天到来之前，泡利认为海森堡在进行物理研究时，必须要运用具有哲学思辨的方法才能巩固和加强。

在泡利看来，要解决原子物理所面临的困境，必须要改掉一种恶习，即当实验结果与已有理论不符时，不应该再去特意设置一些所谓的假设。这种方法最多也就是能够借助这类问题发表几篇论文，但并不能真正提出解决方案。基于自己对相对论的深刻理解，泡利成为爱因斯坦的狂热粉丝，而且非常崇尚他的治学方法，因为爱因斯坦仅仅基于几个简单的引论和假设就构造出相对论的理论体系。泡利认为这才是原子物理学应该沿用的治学方法，因此他决定效法爱因斯坦，先建立最基础的哲学和物理定律，然后再构建支撑整个体系所必需的正式的数学内核和架构。但一直到1923年，泡利所遵循的这种研究方法让他一无所获，几近绝望。由于他一直避免引入任何不恰当的理论假设，这导致他无法找到一个条理井然并符合逻辑的方法来描述奇异塞曼效应。

第八章·量子魔法师（5）

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1922年六月，玻尔在哥廷根做了一场有关原子物理的系列报告会，索末菲带领一些弟子参加了这次学术会议，在那儿海森堡第一次见到了玻尔。玻尔用词精准，这给海森堡留下了非常深刻的印象“他说的每一句话都字斟句酌，这说明他发言之前都是经过深思熟虑的，而且他的话语包含着深刻的哲学含义，有所寓意，但却并不直白。”玻尔主要是通过感觉和灵感，而不是靠详尽的推导得出其结论的，有这种想法的人并不只是海森堡一个。在第三场报告会结束的时候，海森堡站起身来，指出在玻尔所推崇的几篇公开发表的论文中，存在着几处理论上的问题。在问答环节结束以后，大家为许多问题争论不休，这时玻尔找到海森堡，询问这位二十岁的年轻人是否愿意在这天午后和他一起去散步。他们二人在附近的山上徒步远足，待了有三个小时。后来，海森堡记述道“从那天下午开始，我的科学生涯真正起步了”。第一次，他发现“这位人物虽然跻身于量子理论的缔造者行列，但对这一领域所面临的困境忧心忡忡”。玻尔邀请他去哥本哈根待上一个学期，这让海森堡感到他的未来一下子“充满了希望和新的机遇”。

但哥本哈根还要等上些日子。索末菲要去美洲访问，在他离开这段日子，他让海森堡在哥廷根跟随马克斯·玻恩学习。尽管他看上去“像是一位单纯的农家孩子，留着短而齐的头发，有一双清澈而明亮的眼睛，很讨人喜欢”，但玻恩很快就发现对自己而言，除了看到这双眼睛，他得到了更多的东西。玻恩在写给爱因斯坦的信中谈到海森堡“像泡利那样才华横溢”。海森堡回到慕尼黑以后，他完成了自己关于湍流的博士论文。索末菲给他选择这个题目的时候，目的是为了让他开拓一下眼界，并加深对物理学的理解。在海森堡进行口头答辩的时候，他未能回答诸如望远镜的分辨率这类简单的问题，这让他差一点就丢掉了博士帽。海森堡在解释电池的工作原理时支支吾吾，这让实验物理的负责人威廉·维恩感到很不满意，他想给这位未来的理论物理学家投否决票，但却最终与索末菲达成妥协。海森堡可以得到他的博士学位，但却得到倒数第二等的分数---三级，而泡利所得到的分数是一级。

海森堡觉得自己受到了羞辱，那天晚上他就收拾好行李，乘坐通宵火车走人了。他甚至不愿多待一分钟，他就这样匆匆逃离慕尼黑，来到了哥廷根。“一天清晨，早在约定的时间之前，他就突然出现在我的面前，面含羞愧，这让我非常吃惊，”玻恩后来回忆说。海森堡激动地描述了他进行口头答辩时的情形，他担心玻恩不再会聘用自己当助教了。玻恩一心想把哥廷根建设成为理论物理学的一座圣殿，他坚信海森堡一定会重新崛起的，并告诉他自己的想法。

玻恩认为物理学大厦必须从地基开始重新建造。在玻尔---索末菲的量子原子理论中，量子定理和经典物理学搅和在一起，这盘大杂烩必然会被一套逻辑严密的全新理论所替代，而这就是玻恩所命名的“量子力学（Quantum Mechanics）”。对那些试图解开原子理论诸多问题这团乱麻的物理学家而言，这种想法并不新鲜。但是，这恰巧深刻地反映出一个现实，即在1923年的时候，大家日渐觉得物理学家们根本无法跨越原子研究领域的卢比孔河（Rubicone）。泡利本人只要一有机会，就会对人宣扬自己的看法，他认为现有理论无法解释奇异塞曼效应，这正说明了“我们必须要创立一套全新的理论”。在和玻尔会面以后，海森堡坚信玻尔就是那位最有可能取得突破的人。

自1922年秋天开始，泡利就一直待在哥本哈根，给玻尔做助教。他和海森堡保持着有规律的书信往来，彼此通报各自所在研究所的最新研究进展。海森堡和泡利一样，也从事着奇异塞曼效应方面的研究工作，1923年的圣诞节前夕，他在写给玻尔的信中谈到了自己的一些最新的工作成果，因而收到一份邀请，玻尔请他去哥本哈根做几周的访问。1924年3月15日，星期六，海森堡站在布莱达姆斯外大街（Blegdamsvej）17号门前，这是一座新古典主义风格的红色斜顶的三层建筑。在主入口处，映入所有的来访者眼帘的是一块牌子，上书“大学理论物理研究所（Universitetets Institut for Teoretisk Fysik）”，这就是后来声名显赫的玻尔研究所（Bohr Institute）。

海森堡很快就发现，在这座建筑中，真正用于物理学研究的地方，仅仅只占一半的空间，即地下室和底楼，其余的房间则是用于住宿。玻尔和他日渐壮大的家庭成员占据了一楼，这处公寓配置有典雅的家具。女佣、门房以及来访的诸位贵客们则住在顶楼。在底楼，有一间报告厅，里面有六排木制长椅，旁边是一间藏书丰富的阅览室，以及玻尔及其助教的办公室。还有一间中等规模的工作间，是为访问学者们准备的。尽管名为研究所，但在一层只有两间小实验室，主实验室则位于地下室。

为了能够争取到六个长期的教职以及资助一些访问学者，研究所一直在苦苦努力，玻尔也正忙着制定研究所的扩张计划。在稍后的两年间，研究所买下了旁边一块地，又加盖了两栋新楼，这样，研究所所拥有的空间就翻了一番。玻尔全家搬到旁边那栋多功能楼房里，而老楼经过改造以后拥有了更多的办公空间，包括一间餐厅，在其顶楼则布置了一个拥有三个房间设施齐全的公寓，而这间公寓在之后的岁月中成为泡利和海森堡的栖身之所。

第八章·量子魔法师（4）

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1920年夏天，海森堡以优异成绩从中学毕业，并获得了杰出学生的荣誉，他想去慕尼黑大学学习数学。可是，面试的过程一塌糊涂，结果也就不言而喻，垂头丧气的海森堡去找父亲咨询意见。父亲为自己儿子安排了一场面试，主考官是他的老朋友阿诺德·索末菲。尽管那位“身材矮胖的先生梳着一部威风凛凛的黑胡子，看上去非常威严”，海森堡却一点也不怯场。他感到在这位先生威严的外表下面，其实是一个“对青年人关爱有加”的人。奥古斯特·海德堡已经告诉索末菲他的儿子对相对论和原子物理非常感兴趣。“你有些急于求成了，”索末菲告诉维尔纳（即小海森堡）“你以为尽管是从最难的地方开始，但其余的部分会自动地水到渠成，而这是不可能的。”他一直想培养一些可塑之才，因此温言劝慰道：“可能你胸有成竹，也可能你稀里糊涂。咱们拭目以待吧。”

索末菲让这位十八岁的青年人参加专为高年级学生安排的学术报告会。海森堡运气很好，因为在随后的那些年中，索末菲的研究所，以及玻尔在哥本哈根大学创立的研究所及其在哥廷根大学的研究组，正好组成了量子研究领域的金三角。在海森堡第一次参加报告会的时候，他注意到“在第三排座位上坐着一位头发黝黑面色有点惶恐的学生”，他就是沃尔夫冈·泡利。初来乍到，当索末菲领着他参观校园的时候，他就向海森堡介绍了这位胖胖的维也纳小伙子。当泡利走远不可能听到他们的谈话时，索末菲迅速告诉海森堡这个孩子是他最聪明的弟子。海森堡还记着索末菲的这句话，他觉得自己可能会从泡利身上学习到很多益处，于是径直走过去，坐在他的身边。

“他是不是看上去像是位骠骑兵军官？”当索末菲进来的时候，泡利小声嘀咕道。泡利和海森堡在他们的学术生涯中从未建立起什么亲密的关系，而这句话就种下了最初的种子。这俩人在性格上泾渭分明，与泡利相比，海森堡喜欢安静，待人和善，少言寡语，不喜欢讥讽他人。他性格浪漫，喜欢和朋友一起远足和野营，而泡利则经常混迹于餐厅、酒馆和咖啡厅。当海森堡已经在实验室忙活半天了，泡利还在床上睡大觉。然而，泡利却对海森堡产生了很大的影响，只要一有机会，他就会用戏谑的口吻说：“你是个彻头彻尾的傻瓜蛋儿！”

在海森堡忙着撰写他那篇关于相对论的著名评论时，泡利建议他绕开爱因斯坦的理论，而径直奔向量子原子，也正是在这片更加肥沃的领地，海森堡留下了自己的大名。“在原子物理领域，我们依然有大量的实验结果还未得到解释，”他告诉海森堡；“大自然在某个地方留下的一份证据，但在另一个地方却似乎给出完全相反的东西，到目前为止，还没有一幅哪怕是磕磕绊绊的理论图像能描绘它们之中所蕴含的关系。”海森堡想这大概是由于大家依然“在重重迷雾中苦苦摸索”。就这样，在泡利的教诲下，海森堡义无返顾地踏进了量子的领域。

不多久，索末菲给海森堡布置了一个原子物理方面的“小问题”。他让海森堡分析一些谱线在磁场中发生分裂的新数据，并建立一个公式从而解释这一分裂结果。泡利告诫海森堡，索末菲的目的是希望通过对这些数据的解读建立新的定理。在泡利看来，这种治学方法实际上是“一种数字神秘主义（a kind of number mysticism）”，但他随即也承认“没人能够提出更好的建议”。在当时，不相容定理和电子自旋还尚未问世。

海森堡对量子物理领域已有的定理和规定视若无睹，这使他能够跨越很多障碍，而正是这些东西捆住了其他学者的手脚，让他们战战兢兢，不敢逾雷池一步。这种方法让海森堡建立了一种新的理论，能够用它来解释奇异塞曼效应。在抛弃了最初的草稿后，经索末菲的大力推荐，海森堡的结果被发表了。尽管后来这一理论被证明是错误的，但正是他的这第一篇科学论文引起了欧洲顶尖物理学家对他的关注，而玻尔正是其中一位。

第八章·量子魔法师（3）

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