引 言

本書說的是七名物理學(xué)家，六男一女，參加了1932年4月在哥本哈根舉行的一次小型年度集會(huì)。說實(shí)話，其中真正出席的只有六人。缺席的那位是沃爾夫?qū)?middot;泡利（Wolfgang Pauli），本來他打算跟前些年一樣也參加的，但后來在那年春天，卻決定去度假。不過我們也會(huì)看到，他在精神上與他們同在。

如果讓物理學(xué)家們來評(píng)選20世紀(jì)最頂尖的十大物理學(xué)家，大部分人都會(huì)把這七人中的四位尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）、保羅·狄拉克（Paul Dirac）、維爾納·海森堡（Werner Heisenberg）和沃爾夫?qū)?middot;泡利列上去。無論是誰來列選這個(gè)世紀(jì)最重要的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，七人中唯一的女性莉澤·邁特納（Lise Meitner）也肯定會(huì)榜上有名。七人中還有一位名叫馬克斯·德爾布呂克（Max Delbrck），在這次會(huì)議后不久就轉(zhuǎn)行去了別的領(lǐng)域，但他仍一直自視為物理學(xué)家。后來他成了現(xiàn)代分子生物學(xué)的奠基人之一，在該領(lǐng)域的十大科學(xué)家中也有其一席之地。他們所有人，都教導(dǎo)了未來整整一代的科學(xué)家。七人中的最后一位，保羅·埃倫費(fèi)斯特（Paul Ehrenfest），也許算得上是他們當(dāng)中最偉大的老師。

物理學(xué)很幸運(yùn)，因?yàn)樵谶@樣一個(gè)時(shí)刻，在那么多人的創(chuàng)造和影響下，發(fā)生了名為量子力學(xué)的偉大科學(xué)革命。實(shí)際上我們可以說，這場(chǎng)革命就是因?yàn)樗麄儾虐l(fā)生的。20世紀(jì)的物理學(xué)還有一次重大的離經(jīng)叛道，那就是相對(duì)論，而量子力學(xué)革命的發(fā)展與相對(duì)論截然不同。1905年提出的狹義相對(duì)論和1916年提出的廣義相對(duì)論完全是阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）一個(gè)人的功勞。此外，無論是狹義相對(duì)論還是廣義相對(duì)論，在愛因斯坦最早提出時(shí)就已經(jīng)是基本完整的形式，不需要改進(jìn)，也不需要做出進(jìn)一步闡釋。但是，量子力學(xué)是在經(jīng)歷了漫長的積累期后，才于1925年到1926年間成形的，其細(xì)節(jié)隨著時(shí)間的推移而不斷演變，關(guān)于其含義的爭論也持續(xù)了很多年。跟相對(duì)論不同，量子力學(xué)是很多人共同努力的結(jié)果，在推敲量子理論的過程中，他們常常會(huì)為其中一些結(jié)論而吵得不可開交。那一時(shí)期量子力學(xué)的最終版本，也就是所謂的哥本哈根詮釋并沒有被普遍接受，就連這場(chǎng)科學(xué)革命的部分締造者都對(duì)此抱有異見。質(zhì)疑從未停止。

泡利、海森堡、狄拉克等人一起創(chuàng)造了非凡的成就，而在實(shí)際意義上，這些成就給我們生活帶來的改變，比20世紀(jì)其他任何科學(xué)變革都更加劇烈。這場(chǎng)科學(xué)革命帶來的創(chuàng)造發(fā)明，比如晶體管和激光，既是影響我們?nèi)粘Ｉ�活的�?shí)際應(yīng)用，也是未來進(jìn)行研究的工具。

然而，本書講述的是科學(xué)發(fā)展中的人，不僅描述這些物理學(xué)家做了什么，也講述他們是如何做到的，他們自己又是什么樣子的人。本書重點(diǎn)講述這七個(gè)人的故事，但其他人也發(fā)揮了重要作用。至于說他們都是什么樣子，這個(gè)問題無法一語道盡，因?yàn)楦�其他隨便什么團(tuán)體一樣，物理學(xué)家之間也是千差萬別的。在他們當(dāng)中，我們會(huì)看到有喜歡交際的人也有內(nèi)向孤僻的人，有見異思遷的人也有忠貞不貳的人，有從不挪窩的人也有滿世界游蕩的人；有的人很有節(jié)制，有的人嗜酒如命。他們當(dāng)中熱愛音樂和喜歡登山的可能多得不成比例，但原因或許是有人就是這么告訴他們的，說物理學(xué)家都喜歡干這些事。他們的工作習(xí)慣也千差萬別：有人喜歡一大早就開始干活，也有些人是夜貓子；有人總是獨(dú)來獨(dú)往，也有些人需要跟同行議論相長。但量子理論的這些奠基人有一個(gè)共同點(diǎn)：他們都是理論物理領(lǐng)域的天才。

他們還有一個(gè)共同特征，也許跟他們都是理論物理天才是有關(guān)系的。有三位科學(xué)家都出生于1900年到1902年之間，也都因?yàn)樵缁鄱�卓爾不群泡利、海森堡和狄拉克，在二十多歲時(shí)就已成為該領(lǐng)域初創(chuàng)工作的領(lǐng)頭羊。幾位老一輩的理論物理學(xué)家，特別是玻爾、愛因斯坦、馬克斯·玻恩（Max Born）和埃爾溫·薛定諤（Erwin Schr�塪inger），在這場(chǎng)科學(xué)革命中同樣發(fā)揮了極為重要的作用，但主要參與者都年輕有為仍是這場(chǎng)革命的顯著特征。步入而立之年時(shí)，他們?nèi)�都已�?jīng)顯露出自己的能力，也已經(jīng)在這個(gè)領(lǐng)域聲名鵲起。更準(zhǔn)確地說，除薛定諤之外，他們?cè)谌�十歲之前都已經(jīng)取得了重大成就，而薛定諤也可能只是因?yàn)樵诙�十五歲到三十歲之間恰逢第一次世界大戰(zhàn)而去服了兵役，才延緩了自己在學(xué)術(shù)方面的發(fā)展。

在所有這些物理學(xué)家當(dāng)中，有一位顯得尤其與眾不同，不僅因?yàn)樗�的思想和成就，也因�(yàn)樗麑?duì)這個(gè)領(lǐng)域及其他人的個(gè)人影響。在玻爾的訃告中，海森堡寫道：玻爾對(duì)我們這個(gè)世紀(jì)的物理學(xué)和物理學(xué)家的影響比任何人都大，就連愛因斯坦都比不上他。乍一聽你可能會(huì)覺得，這就是訃告當(dāng)中常見的那種溢美之詞，但海森堡并不喜歡言過其實(shí)。讀到這句評(píng)語我也很驚訝，因?yàn)槲覀冞@代人對(duì)玻爾并不這么看（我承認(rèn)，我也是理論物理學(xué)家，但很難躋身天才之列）。但我越是深入探尋，就越發(fā)現(xiàn)這句話有多實(shí)在。這一評(píng)價(jià)并不是在比較學(xué)識(shí)上的貢獻(xiàn)后得出的，因?yàn)閻垡蛩固乖谶@方面的貢獻(xiàn)顯然比玻爾要大得多。它說的是玻爾的風(fēng)格如何影響了物理學(xué)家們思考和工作的方式，他們?nèi)绾我粋�(gè)個(gè)地同時(shí)也是同心協(xié)力地努力尋找答案，如何跟他們的導(dǎo)師、同行和學(xué)生建立聯(lián)系。通過施加這種影響，玻爾也成了20世紀(jì)人們最敬愛的理論物理學(xué)家。

是的，敬愛。青年物理學(xué)家對(duì)所有這些偉人都會(huì)感到敬重和欽佩，但敬愛又是另一回事。然而在一本本回憶錄中，物理學(xué)家們說到玻爾時(shí)，這個(gè)詞總會(huì)反復(fù)出現(xiàn)。本書有很大一部分就致力于解釋為什么會(huì)這樣，在玻爾的人格中，他的行為、他的思考和工作方式中，究竟是什么讓人們對(duì)他這么深情。

人們喜愛玻爾有很多因素，其中之一是玻爾從不矯揉造作，或者說裝腔作勢(shì)。他身上完全沒有個(gè)人野心和夸夸其談的痕跡，盡管他們這些天才中似乎本來也很少有人有這種需求。他們對(duì)自己的地位全都心知肚明，然而玻爾對(duì)這種事情有一種近乎孩童般的天真。此外，為了讓別人的工作得以改進(jìn)、生活得以改善，他也不遺余力。有無數(shù)的例子表明，很多人能夠得到自己的職位、開創(chuàng)自己的事業(yè)，有時(shí)候甚至是能夠活下來，都有他的功勞。他知道誰需要幫助，什么時(shí)候以及如何去干預(yù)，怎么做出改變。

除了上面提到的這些，玻爾身上還有一個(gè)特質(zhì)，似乎也起了相當(dāng)大的作用。跟他人關(guān)聯(lián)起來，或者用玻爾的傳記作家亞伯拉罕·佩斯（Abraham Pais）的說法，跟別人成為聯(lián)體，是玻爾的一種需求，幾乎也可以說是他的必需。他的討論是以蘇格拉底式的對(duì)話形式進(jìn)行的，他通過這種討論慢慢形成了自己的思想，因此甚至有人說他其實(shí)是個(gè)哲學(xué)家而非物理學(xué)家。玻爾酷愛悖論與佯謬，認(rèn)為能從多個(gè)方面看問題才是解決和廓清問題的正確方法。他的密友愛因斯坦就描述他說：他的觀點(diǎn)就好像來自一個(gè)一直在努力尋找答案的人，從來都不像出自一個(gè)相信自己掌握著整個(gè)決定性真理的人。這句評(píng)論一語中的，抓住了玻爾的精髓他一直在為那個(gè)決定性的真理全力以赴。

玻爾跟別人成為聯(lián)體的需求，也表現(xiàn)在他的娛樂活動(dòng)上，無論是去滑雪、玩帆船，還是隨便散散步、玩玩游戲，又或是看看電影。他會(huì)讓別人感到自己被需要，因?yàn)樗�確實(shí)需要他們。玻爾無疑是個(gè)偉人，也從來都天真無邪，但他一直吸引著那些與之打交道的人，這也是讓他們感到自己敬愛玻爾的重要原因。

這些理論物理學(xué)家中還有一位也很值得敬愛，盡管他身邊的人用這個(gè)詞時(shí)會(huì)很謹(jǐn)慎。后來有人覺得，對(duì)他的敬愛比人們對(duì)玻爾的敬愛更叫人費(fèi)解。他跟玻爾形成了很有意思的對(duì)比，因?yàn)椴�爾總是彬彬有禮，而沃爾夫?qū)?middot;泡利總是粗魯不堪。他的出言不遜和格言警句都成了傳奇，而傳奇的一部分在于人們認(rèn)識(shí)到，他損人的時(shí)候不分地位也不分年齡。愛因斯坦、玻爾和海森堡都很可能會(huì)像學(xué)生一樣被他貶損一番。而這么做的時(shí)候，他從來都不是故意要傷害別人。著名物理學(xué)家維克托·韋斯科普夫（Victor Weisskopf）曾說：泡利的誠實(shí)就跟小孩子差不多，他總是會(huì)把自己的真實(shí)想法直接表達(dá)出來。隨后又補(bǔ)充道，只要習(xí)慣了他的風(fēng)格，他這個(gè)人還是很好相處的。

泡利可能會(huì)損你，但從來不會(huì)對(duì)你視而不見，而他針對(duì)你的尖刻話語也會(huì)馬上成為一種榮譽(yù)徽章，在朋友圈里廣為流傳。泡利很有妙語連珠的天賦，損人的時(shí)候經(jīng)常會(huì)很好玩。只有他會(huì)這么描述一個(gè)人：還這么年輕，就已經(jīng)那么寂寂無名了。但他富有表現(xiàn)力的話語傳達(dá)了真實(shí)的情感和忠誠。在量子力學(xué)革命正如火如荼之際，玻爾和泡利在一次會(huì)議上碰過面，三十多年后玻爾對(duì)一位歷史學(xué)者說起當(dāng)時(shí)他們之間的一次典型交流：我碰到泡利，他對(duì)我的背叛表達(dá)了最強(qiáng)烈的不滿，以這種我們都極為珍視的情感表達(dá)方式，強(qiáng)烈譴責(zé)了原子物理應(yīng)該引入新異端的觀點(diǎn)。

運(yùn)動(dòng)型的玻爾喜歡遠(yuǎn)足、滑雪和劈柴，胖乎乎的泡利則更中意歌舞喜劇表演和葡萄美酒夜光杯。玻爾膝下有六個(gè)兒子，都是他的摯愛，泡利則沒有子嗣。玻爾對(duì)自己的祖國丹麥一直深深依戀，第二次世界大戰(zhàn)后也一直在為世界和平和裁軍孜孜不倦地努力。泡利對(duì)全球事務(wù)意興闌珊，他生活在典型的中立國瑞士，成了物理學(xué)研究的象征，人間煙火與他毫無瓜葛。泡利的缺點(diǎn)和瑕疵當(dāng)然比玻爾多，但我們也知道，并不是只有純潔無瑕的人才值得敬愛。韋斯科普夫?qū)δ莻�(gè)時(shí)代的所有物理學(xué)天才都非常了解，他在辦公桌上放了一張泡利的照片，并承認(rèn)泡利是他學(xué)識(shí)上的父親。

他們倆之間的鮮明對(duì)比，人們對(duì)他們倆的喜愛之情，以及他們彼此之間的喜愛之情，在1932年4月的那次哥本哈根會(huì)議上，通過青年物理學(xué)家們上演的一出滑稽短劇表現(xiàn)得淋漓盡致。那一年也是約翰·沃爾夫?qū)?middot;馮·歌德（Johann Wolfgang von Goethe）逝世一百周年，這位人文主義者和科學(xué)家的逝去，被廣泛認(rèn)為是人類失去了最后一位真正的全才。歐洲各地都舉行了紀(jì)念歌德逝世一百周年的活動(dòng)，因此在哥本哈根一年一度非正式聚會(huì)的這一小群物理學(xué)家決定，自己也來辦一場(chǎng)紀(jì)念活動(dòng)�；顒�(dòng)以一出幽默短劇的形式展開，以戲說的方式把歌德的偉大劇作《浮士德》改編到物理學(xué)世界中。劇本主要由德爾布呂克執(zhí)筆，其中高貴的玻爾被寫成天主，喜歡冷嘲熱諷的泡利成了魔鬼梅菲斯特，而感到苦惱的埃倫費(fèi)斯特則成了浮士德。在歌德的《浮士德》中，梅菲斯特的臺(tái)詞最為詼諧，而泡利在現(xiàn)實(shí)生活中講話時(shí)也確實(shí)總是妙語連珠。

這出滑稽短劇意在讓人們從長達(dá)一周的激烈討論中解放出來，也是這些非常年輕的物理學(xué)從業(yè)者眼中的物理學(xué)世界的迷人寫照。在這部戲說作品中，他們既是編劇和制片，也是實(shí)際登臺(tái)表演的人。這些青年物理學(xué)家盡管在劇中親昵地戲謔著他們杰出的前輩（其中很多人比他們都大不了幾歲），但他們都非常清楚，玻爾、狄拉克、海森堡和泡利都在二十五歲出頭的時(shí)候就已經(jīng)對(duì)這個(gè)領(lǐng)域做出了足以彪炳千秋的貢獻(xiàn)。他們也都記得，歌德的《浮士德》中學(xué)士發(fā)出的警告：

一個(gè)人過了三十歲年齡，

他就已經(jīng)像死了一樣。

（《浮士德》，第二部，第二幕，222223）本書中歌德《浮士德》譯文均采自上海譯文出版社錢春綺譯本。譯者

并為自己不久的將來擔(dān)著心。

舉行會(huì)議的那一年對(duì)他們來說是極為關(guān)鍵的一年。我們會(huì)看到，仲夏時(shí)節(jié)發(fā)現(xiàn)的正電子，也就是電子的反物質(zhì)對(duì)應(yīng)，標(biāo)志著狹義相對(duì)論和量子力學(xué)開始走到了一起。對(duì)物理學(xué)界來說，這就意味著除了少數(shù)幾種不同尋常的例外情形，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證物理學(xué)革命的過程已經(jīng)完成，而這場(chǎng)革命仍然是20世紀(jì)中影響最為深遠(yuǎn)的。

除此之外，就在會(huì)議召開前發(fā)現(xiàn)的中子，會(huì)議結(jié)束幾個(gè)月后又在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)的首次人工誘導(dǎo)核裂變，也開啟了物理學(xué)的另一場(chǎng)革命，引領(lǐng)我們進(jìn)入核物理時(shí)代。這場(chǎng)革命對(duì)我們世界觀的影響，以及對(duì)人類毀滅世界的可能性的影響，仍然籠罩在我們頭上。

這一年也見證了回旋加速器研究的開端，標(biāo)志著物理學(xué)研究從小科學(xué)向大科學(xué)的轉(zhuǎn)變。盡管詹姆斯·查德威克（James Chadwick）是單槍匹馬發(fā)現(xiàn)的中子，但回旋加速器的工作需要專家團(tuán)隊(duì)和相當(dāng)規(guī)模的資金來源才能進(jìn)行，如今這類大型實(shí)驗(yàn)已經(jīng)司空見慣。這次會(huì)議開完僅僅七年后，持懷疑態(tài)度的玻爾就評(píng)論稱，制造核武器所需的裂變材料，打個(gè)比方說，只有把美國變成一個(gè)大工廠才能得到。后來也確實(shí)不幸言中。

1932年的這些科學(xué)發(fā)現(xiàn)（因此有時(shí)候也把這一年叫做實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的奇跡之年），同樣將物理學(xué)的重心從理論轉(zhuǎn)到了實(shí)驗(yàn)，從用紙筆完成的研究轉(zhuǎn)到在實(shí)驗(yàn)室里用復(fù)雜工具進(jìn)行的研究。這兩種工作模式必然應(yīng)是齊頭并進(jìn)的，但總會(huì)有些時(shí)候一個(gè)占據(jù)了舞臺(tái)中央，而一些時(shí)候又輪到另一個(gè)來唱主角。量子物理的理論進(jìn)展主導(dǎo)了會(huì)議之前的十年，然而在實(shí)驗(yàn)室里取得的進(jìn)步成了緊隨這次會(huì)議之后那段時(shí)期的標(biāo)志。

哥本哈根上演的這出短劇以發(fā)現(xiàn)中子結(jié)尾，指出了這一轉(zhuǎn)變。該劇也預(yù)先昭示了這些物理學(xué)家，無論是年輕的還是年長的，在后來的歲月里會(huì)遇到的很多個(gè)人問題，細(xì)想之下很讓人覺得詭異。回過頭來我們可以看到，1932年對(duì)他們來說是一個(gè)分水嶺。在那之前，他們只是一個(gè)很小的圈子，他們中間僅有的緊張氣氛是誰會(huì)率先實(shí)現(xiàn)大家都在孜孜以求的目標(biāo)。他們一起工作，一起吃飯，一起旅行，一起游泳，一起玩音樂，一起爬山。最重要的是，這些物理學(xué)家之間總有說不完的話，有時(shí)候是作為敵手，但只是學(xué)術(shù)意義上的，因?yàn)檎f到底，他們都是志同道合的朋友。1933年1月，阿道夫·希特勒在德國登上了權(quán)力寶座，他們這種意氣相投的氛圍也成了絕唱。

盡管本書聚焦的七名物理學(xué)家沒有一人是嚴(yán)格意義上的宗教信徒，但包括玻爾在內(nèi)共有四人至少擁有部分猶太血統(tǒng)。到了1933年，他們不得不開始擔(dān)心人身安全問題并考慮移民。略超過十年后，這個(gè)物理學(xué)小圈子里的很多人都發(fā)現(xiàn)，他們陷入了一場(chǎng)彼此之間你死我活的戰(zhàn)斗之中，被迫像浮士德一樣和魔鬼做交易，而這些事情幾年前根本無法想象。

本書包含了大量科學(xué)內(nèi)容，只要表述的時(shí)候不動(dòng)用方程這種理論物理學(xué)的通用語言，大家看著應(yīng)該也不會(huì)感覺頭大。我努力在這些限制條件下準(zhǔn)確描述這些概念，希望不會(huì)給好奇的讀者帶來太大的負(fù)擔(dān)，但同時(shí)也能對(duì)讀者有些挑戰(zhàn)。本書最著意強(qiáng)調(diào)的是這七個(gè)人的小團(tuán)體以及他們身邊的小圈子如何面對(duì)彼此，又如何面對(duì)他們自己的魔鬼。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，我回溯了這場(chǎng)會(huì)議之前的十多年時(shí)間，以便了解他們都是怎么形成自己的信念和個(gè)性的，并從這場(chǎng)會(huì)議出發(fā)順流而下，追蹤他們的行動(dòng)都帶來了哪些直接后果。

我在物理學(xué)這一行摸爬滾打了一輩子，不否認(rèn)自己對(duì)這行會(huì)有先入為主的看法，但這些人，個(gè)頂個(gè)的都是真正的巨人。我們往往沒法知道，最近的科學(xué)發(fā)展中有什么能經(jīng)受住時(shí)間的考驗(yàn)，但他們這些人的貢獻(xiàn)肯定會(huì)萬古長青。他們的成功要部分歸因于他們?cè)谶@個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻量子力學(xué)和核物理學(xué)的黎明時(shí)分朝氣蓬勃又豪情萬丈，他們把握住了這一時(shí)刻，讓這個(gè)領(lǐng)域得以成形。他們的成就是齊心協(xié)力的產(chǎn)物：他們中間有人以原創(chuàng)性見長，有人專擅批判，還有人比別人更加大膽，他們一起創(chuàng)造了歷史上的一個(gè)神奇瞬間。數(shù)百年后，他們的名字也許只會(huì)在科學(xué)教材的腳注中出現(xiàn)，但他們的貢獻(xiàn)仍將繼續(xù)影響我們后人的思維方式。

1932年4月，有一小群人聚在哥本哈根的一個(gè)房間里舉行了一次為期一周的會(huì)議，他們是這個(gè)非凡時(shí)代的縮影，而這一時(shí)刻，就是本書所述故事的關(guān)鍵。我想先跟你們講講這個(gè)故事是怎么開始的，以及我為什么要寫這個(gè)故事，大家且聽我道來。