读书 | 物理学的奇迹之年，却预演核时代的到来

1932年4月，哥本哈根的尼尔斯·玻尔研究所。约四十名科学家在这里荟萃一堂，在人人敬爱的导师的目光下无拘无束地讨论物理学的未来。他们要谈论的事情真的是太多了，因为无论是对科学，对他们的职业生涯，还是对他们各自祖国的历史而言，这都是一个至关重要的转折点。

科学家称1932年为"奇迹之年"，因为这一年不但见证了中子和反物质的发现，也在历史上首次实现了人工诱导核嬗变。这些重大发现预告了核时代的到来和大科学的出现，然而就在科学家们为此欢欣鼓舞的同时，欧洲也正势不可挡地坠入极权主义和战争的深渊。不到一年，希特勒登上权力宝座，改变了这些科学家的命运，也让1932年这次集会无忧无虑的氛围再也不可能出现。

《哥本哈根的浮士德》以主导了哥本哈根会议的七名物理学家的职业生涯和生活为中心，其中玻尔、埃伦费斯特和迈特纳三人已过知天命之年，是成就斐然的老一代科学家。海森堡、泡利和狄拉克三人才刚刚而立，但已经在物理学名人堂占有一席之地。七人中最年轻的是二十五岁的马克斯·德尔布吕克，这次会议结束时上演的滑稽短剧就是由他执笔的。这出短剧是歌德巨著《浮士德》在物理世界中的演绎，青年物理学家在剧中对长者们各种插科打诨，而剧中的情景竟然也预示了很多后来发生的事情，令人细思极恐。

《哥本哈根的浮士德》，[美]吉诺·塞格雷 著，舍 其 译，上海译文出版社出版

>>内文选读：

一切缘于"奇迹之年"天才云集的那次聚会

本书说的是七名物理学家，六男一女，参加了1932年4月在哥本哈根举行的一次小型年度集会。说实话，其中真正出席的只有六人。缺席的那位是沃尔夫冈·泡利，本来他打算跟前些年一样也参加的，但后来在那年春天，却决定去度假。不过我们也会看到，他在精神上与他们同在。

如果让物理学家们来评选20世纪最顶尖的十大物理学家，大部分人都会把这七人中的四位——尼尔斯·玻尔、保罗·狄拉克、维尔纳·海森堡和沃尔夫冈·泡利——列上去。无论是谁来列选这个世纪最重要的实验物理学家，七人中唯一的女性莉泽·迈特纳也肯定会榜上有名。七人中还有一位名叫马克斯·德尔布吕克，在这次会议后不久就转行去了别的领域，但他仍一直自视为物理学家。后来他成了现代分子生物学的奠基人之一，在该领域的十大科学家中也有其一席之地。他们所有人，都教导了未来整整一代的科学家。七人中的最后一位，保罗·埃伦费斯特，也许算得上是他们当中最伟大的老师。

物理学很幸运，因为在这样一个时刻，在那么多人的创造和影响下，发生了名为量子力学的伟大科学革命。实际上我们可以说，这场革命就是因为他们才发生的。20世纪的物理学还有一次重大的离经叛道，那就是相对论，而量子力学革命的发展与相对论截然不同。1905年提出的狭义相对论和1916年提出的广义相对论完全是阿尔伯特·爱因斯坦一个人的功劳。此外，无论是狭义相对论还是广义相对论，在爱因斯坦最早提出时就已经是基本完整的形式，不需要改进，也不需要做出进一步阐释。但是，量子力学是在经历了漫长的积累期后，才于1925年到1926年间成形的，其细节随着时间的推移而不断演变，关于其含义的争论也持续了很多年。跟相对论不同，量子力学是很多人共同努力的结果，在推敲量子理论的过程中，他们常常会为其中一些结论而吵得不可开交。那一时期量子力学的最终版本，也就是所谓的哥本哈根诠释并没有被普遍接受，就连这场科学革命的部分缔造者都对此抱有异见。质疑从未停止。

泡利、海森堡、狄拉克等人一起创造了非凡的成就，而在实际意义上，这些成就给我们生活带来的改变，比20世纪其他任何科学变革都更加剧烈。这场科学革命带来的创造发明，比如晶体管和激光，既是影响我们日常生活的实际应用，也是未来进行研究的工具。

然而，本书讲述的是科学发展中的人，不仅描述这些物理学家做了什么，也讲述他们是如何做到的，他们自己又是什么样子的人。本书重点讲述这七个人的故事，但其他人也发挥了重要作用。至于说他们都是什么样子，这个问题无法一语道尽，因为跟其他随便什么团体一样，物理学家之间也是千差万别的。在他们当中，我们会看到有喜欢交际的人也有内向孤僻的人，有见异思迁的人也有忠贞不贰的人，有从不挪窝的人也有满世界游荡的人；有的人很有节制，有的人嗜酒如命。他们当中热爱音乐和喜欢登山的可能多得不成比例，但原因或许是有人就是这么告诉他们的，说物理学家都喜欢干这些事。他们的工作习惯也千差万别：有人喜欢一大早就开始干活，也有些人是夜猫子；有人总是独来独往，也有些人需要跟同行议论相长。但量子理论的这些奠基人有一个共同点：他们都是理论物理领域的天才。

他们还有一个共同特征，也许跟他们都是理论物理天才是有关系的。有三位科学家都出生于1900年到1902年之间，也都因为早慧而卓尔不群——泡利、海森堡和狄拉克，在二十多岁时就已成为该领域初创工作的领头羊。几位老一辈的理论物理学家，特别是玻尔、爱因斯坦、马克斯·玻恩（Max Born）和埃尔温·薛定谔（Erwin Schrdinger），在这场科学革命中同样发挥了极为重要的作用，但主要参与者都年轻有为仍是这场革命的显著特征。步入而立之年时，他们全都已经显露出自己的能力，也已经在这个领域声名鹊起。更准确地说，除薛定谔之外，他们在三十岁之前都已经取得了重大成就，而薛定谔也可能只是因为在二十五岁到三十岁之间恰逢第一次世界大战而去服了兵役，才延缓了自己在学术方面的发展。

在所有这些物理学家当中，有一位显得尤其与众不同，不仅因为他的思想和成就，也因为他对这个领域及其他人的个人影响。在玻尔的讣告中，海森堡写道："玻尔对我们这个世纪的物理学和物理学家的影响比任何人都大，就连爱因斯坦都比不上他。"乍一听你可能会觉得，这就是讣告当中常见的那种溢美之词，但海森堡并不喜欢言过其实。读到这句评语我也很惊讶，因为我们这代人对玻尔并不这么看（我承认，我也是理论物理学家，但很难跻身天才之列）。但我越是深入探寻，就越发现这句话有多实在。这一评价并不是在比较学识上的贡献后得出的，因为爱因斯坦在这方面的贡献显然比玻尔要大得多。它说的是玻尔的风格如何影响了物理学家们思考和工作的方式，他们如何一个个地同时也是同心协力地努力寻找答案，如何跟他们的导师、同行和学生建立联系。通过施加这种影响，玻尔也成了20世纪人们最敬爱的理论物理学家。

在1932年4月的那次哥本哈根会议上，通过青年物理学家们上演的一出滑稽短剧表现得淋漓尽致。那一年也是约翰·沃尔夫冈·冯·歌德逝世一百周年，这位人文主义者和科学家的逝去，被广泛认为是人类失去了最后一位真正的全才。欧洲各地都举行了纪念歌德逝世一百周年的活动，因此在哥本哈根一年一度非正式聚会的这一小群物理学家决定，自己也来办一场纪念活动。活动以一出幽默短剧的形式展开，以戏说的方式把歌德的伟大剧作《浮士德》改编到物理学世界中。剧本主要由德尔布吕克执笔，其中高贵的玻尔被写成天主，喜欢冷嘲热讽的泡利成了魔鬼梅菲斯特，而感到苦恼的埃伦费斯特则成了浮士德。在歌德的《浮士德》中，梅菲斯特的台词最为诙谐，而泡利在现实生活中讲话时也确实总是妙语连珠。

这出滑稽短剧意在让人们从长达一周的激烈讨论中解放出来，也是这些非常年轻的物理学从业者眼中的物理学世界的迷人写照。在这部戏说作品中，他们既是编剧和制片，也是实际登台表演的人。这些青年物理学家尽管在剧中亲昵地戏谑着他们杰出的前辈（其中很多人比他们都大不了几岁），但他们都非常清楚，玻尔、狄拉克、海森堡和泡利都在二十五岁出头的时候就已经对这个领域做出了足以彪炳千秋的贡献。他们也都记得，歌德的《浮士德》中学士发出的警告：

一个人过了三十岁年龄，

他就已经像死了一样。

并为自己不久的将来担着心。

举行会议的那一年对他们来说是极为关键的一年。我们会看到，仲夏时节发现的正电子，也就是电子的反物质对应，标志着狭义相对论和量子力学开始走到了一起。对物理学界来说，这就意味着除了少数几种不同寻常的例外情形，实验验证物理学革命的过程已经完成，而这场革命仍然是20世纪中影响最为深远的。

除此之外，就在会议召开前发现的中子，会议结束几个月后又在实验室实现的首次人工诱导核裂变，也开启了物理学的另一场革命，引领我们进入核物理时代。这场革命对我们世界观的影响，以及对人类毁灭世界的可能性的影响，仍然笼罩在我们头上。

这一年也见证了回旋加速器研究的开端，标志着物理学研究从小科学向大科学的转变。尽管詹姆斯·查德威克是单枪匹马发现的中子，但回旋加速器的工作需要专家团队和相当规模的资金来源才能进行，如今这类大型实验已经司空见惯。这次会议开完仅仅七年后，持怀疑态度的玻尔就评论称，制造核武器所需的裂变材料，打个比方说，只有"把美国变成一个大工厂"才能得到。后来也确实不幸言中。

1932年的这些科学发现（因此有时候也把这一年叫做实验物理学的奇迹之年），同样将物理学的重心从理论转到了实验，从用纸笔完成的研究转到在实验室里用复杂工具进行的研究。这两种工作模式必然应是齐头并进的，但总会有些时候一个占据了舞台中央，而一些时候又轮到另一个来唱主角。量子物理的理论进展主导了会议之前的十年，然而在实验室里取得的进步成了紧随这次会议之后那段时期的标志。

哥本哈根上演的这出短剧以发现中子结尾，指出了这一转变。该剧也预先昭示了这些物理学家，无论是年轻的还是年长的，在后来的岁月里会遇到的很多个人问题，细想之下很让人觉得诡异。回过头来我们可以看到，1932年对他们来说是一个分水岭。在那之前，他们只是一个很小的圈子，他们中间仅有的紧张气氛是谁会率先实现大家都在孜孜以求的目标。他们一起工作，一起吃饭，一起旅行，一起游泳，一起玩音乐，一起爬山。最重要的是，这些物理学家之间总有说不完的话，有时候是作为敌手，但只是学术意义上的，因为说到底，他们都是志同道合的朋友。1933年1月，阿道夫·希特勒在德国登上了权力宝座，他们这种意气相投的氛围也成了绝唱。（摘自《哥本哈根的浮士德》前言）

　　作者：[美]吉诺·塞格雷

文：[美]吉诺·塞格雷 编辑：蒋楚婷 责任编辑：朱自奋