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1、这对当时所有的物理学家来说，不异于晴空霹雳。从亚里士多德时代以来，人们的潜意识中认定世界是连续的。所谓连续的意思是物质是可以任意分割的，上帝不喜欢整数。研究数论的数学家可能不喜欢这句话，可是在大部分物理学家看来，如果不研究小数点后的东西，整个自然界就没有意义了。你可以从一根连续的线上，随便剪下任意的一段长度。你也可以从一杯水中喝掉任意任意少的水。而物理学家们总喜欢把物体或者运动分成无穷小段来考虑，这已经成为惯例。反正拉丁语中有一句经典名言：自然不突变（Natura non facit saltus）。而普朗克大声地告诉我们，不是这个样子的。不可能存在一点五或二点五个量子之类的说法。能量的最小份

2、额就是一个量子所携带的能量，普朗克给出的公式是 。是电磁波的频率，而h则按照惯例命名为普朗克常数。这个原本拼凑出来的常数竟成了物理上最著名的三个常数之一，另外的一个是牛顿万有引力常数G，光在真空中传播的速度c。黑体辐射的任何能量都是它的整数倍。纵使普朗克在学界威望了得，大部分人也没有在意他的假说。但是有个年青人却深刻地认识到它的重要性。他就是爱因斯坦。造化弄人。爱因斯坦自己也没想到亲自接生的量子力学若干年后竟成他发誓也要扼死的对象，要不是玻尔一帮人的精心呵护，量子力学的命运还不知会怎么样呢。爱因斯坦的光量子理论是解释光是如何射到金属表面打出电子的。这在物理学上称为光电效应。19世纪物理学最成功

3、的理论之一是推翻了牛顿的光粒子学说，确立了光的波动学说，而迈克斯韦方程则将光牢牢钉到电磁波中去，无数的实验证明了这一结论。 但是光电效应和看来确凿无疑的波动理论格格不入。简单点说，光更象一个个粒子钻入原子，并将电子硬碰出来，就象小孩子们常玩的弹子一样。而每一个粒子，按爱因斯坦的说法，就是普朗克提出的量子，能量不可再分的那一种。几乎每个物理学家对这个解说都在大摇其头。关于光是粒子还是波的说法人们已经争了几百年，好不容易将光验明正身收了场。不料，爱因斯坦却将旧案翻了过来。还是让事实来讲话吧。检查的方法很明确，你不是赞成光是粒子么。那么所有的粒子都具有动量（质量与速度的乘积），那你找到光存在动量的证

4、据不就完了。重任落在美国物理学家康普顿身上。康普顿是个研究射线的专家。他既喜欢拉提琴，也喜欢打网球，而且由于出了名的力气大，不仅经常拉断琴弦，而且打出网球的速度简直比得上他研究的宇宙射线。当然他最喜欢的还是跑遍全球测量各地宇宙射线的强度。一次，他带上设备远赴墨西哥。在站台上，人们看到一个轻松的美国绅士手拄文明棍，后面跟着一大队被仪器压弯了腰的墨西哥小伙，警察检查行李的时候，认定他那宝贝仪器是用来造炸弹用的。可怜的康普顿即使衣冠楚楚，也不得不在龌龊的拘留室中留了一宿。康普顿将X射线入射到石墨晶体上，并在其背面测得散射的X射线的波长有位移。这称为康普顿效应。用康普顿在自己的论文X射线在轻元素上散射

5、的量子理论作出的结语来说：对这个理论的实验证明，非常令人信服地证明，辐射光子既带有能量，又带有定向的动量。看来原有的观念需要再次更新，人们不得不尴尬地接受光既是粒子，也是波的看法。不要感到不习惯，这里蕴藏着一个更本质的思想，直接促使了量子力学的诞生，可是纵使天才如爱因斯坦当时也没有深想下去。1911年的第一界索尔维会议的气氛是沉闷的。索尔维本人是个比利时的化学工业家，曾因获得氨碱法制碱的专利而发了大财。这位科学致富的知识分子对物理学，尤其是理论物理学情有独钟，虽然自己在这方面无甚造诣，却可以请到世界上第一流的理论物理学家来到布鲁塞尔召开国际性物理会议。这次会议聚集了二十三位欧洲一等一的物理学人

6、才。他们面无表情地听完了普朗克和爱因斯坦的报告。即使在距提出普朗克常数11年之久，普朗克仍小心翼翼地用上假设的字眼儿。而爱因斯坦的狭义相对论在那时也不过被认为是毛头小伙变的魔术而已两个宇宙常数，h和c都在那时提出，它们一个代表宏观，一个代表微观，但都没得到一致的确认。光速c是相对论中必不可少的基础，而没有普朗克常数，后来的量子力学无从谈起。 最后，会议的发起者，老态龙钟的洛仑兹站起来发言，老人的声音有些含混：非常有可能，在我们这些人在这里讨论这些复杂混乱的问题时，在地球上某个僻静的角落，某一个思想家已经解决了它。 所有在座的人都沉默不语。 没有人料到路该怎么走下去，因为此时- 26岁的尼尔斯.

7、玻尔还在卡文迪许实验室的卢瑟福手下当助手，每天揉着红红的眼睛苦无收获。 11岁的维也纳中学生泡利深更半夜一个人跑到野外观察星象。 10岁的海森堡已经可以流畅地奏出巴赫的狂想曲。 9岁的狄拉克经常沉默地缩在教室一角。 3岁的朗道已显现顽强执拗的天性。正在此时，另一场席卷物理学的大风暴正在酝酿中，一群更年轻的物理学家开始聚集在丹麦的哥本哈根。为首的一位是堪与爱因斯坦比肩的大物理学家。他的名字叫玻尔，比爱因斯坦小七岁，至于其他的人年纪更小，有的还在攻读硕士学位。正是这群看似毛手毛脚的小伙子，他们戏剧性地改变了二十世纪人类的命运，从某种意义上说，比爱因斯坦的的相对论更能激起人们对自然规律的深思，而且他

8、们工作的触角随着时间的推移深入了人们生活的方方面面。他们理论的一个不起眼的副产品就是半导体，但是没有它今天发展一日千里的计算机技术便成了空中楼阁。他们创立的学派叫哥本哈根学派，这是直到今天所有的物理学家听到都会肃然起敬的名字。他们创立的学科则叫量子力学。与相对论相比，他们从微观方向向经典物理发动了攻击。这是一场难度更大的战斗，注定不能仅由一个孤身作战科学家象爱因斯坦一样传奇般地完成。这也是他们尽管在物理学史史上留下一连串闪光的名字，但在舆论界反响平平的原因。 这更是一场革命，他们遇到的阻力一点不比爱因斯坦小，在前辈成名的大师级人物眼里，他们不过还都是一群娃娃。他们在遭受了无数的讥讽和白眼后，自

9、然把求助的目光投向已成为物理学界旗手的爱因斯坦。他的眼力非凡独到，而且向来热心扶植拥有新想法的年轻人。更何况是他最早提出光量子假说，这不仅使他本人登上诺贝尔奖的领奖台，而且也为量子力学的发展指明了道路，说起来他也算是量子力学的前辈之一。然而他们万万没有想到 ，量子力学从此招来最大的反对者-爱因斯坦本人。这绝对不是因为爱因斯坦漠视后学上进，而是两派人的世界观根本不同。玻尔那帮人解释世界是采用几率观点，也即在微观的环境里，所有粒子的运动是没有确定轨道可言的，你只能预测在某一点的粒子出现的可能性是多大；而爱因斯坦是绝对不相信上帝会允许不确定的因素存在的。天空顿时又是乌云密布，大论战一触即发。玻尔也是

10、个意志坚定的人，认准了的事绝对不回头；虽然反对派有爱因斯坦助阵，势力雄厚，他们也没有屈服。好在接二连三的实验提供了坚实的证据，而且量子力学的体系本身也在爱因斯坦无数次严酷的考验面前愈发显得完美无缺。到本世纪二十年代末，世界上绝大多数物理学家的工作都转向量子力学方向来了，对面只有爱因斯坦还在单枪匹马地叫阵，直到去世他都无法容忍量子力学的存在。上帝开了个很大的玩笑，一生蔑视权威的爱因斯坦最后也扮演了压制新思想的权威的角色。还是哲学家罗素一语中的，唯一的历史教训就是忘记了历史教训。 那么从那时到爱因斯坦去世还有漫长的几十年，爱因斯坦在忙些什么呢？原来他把毕生的经历投入了另一场空前难度的努力-统一场论

11、当时人们知道世界上称的上是力的只有两种，引力和电磁力，而爱因斯坦一直的工作是想把所有的物理几何化。他苦苦寻找到底四维时空究竟有何性质可以把电磁场容括进去。但电磁场似乎也继承了它的创建者麦克斯韦那苏格兰人特有的顽固性，拒绝和爱因斯坦妥协。他花了十年的时间才使引力场几何化，然而还要花多少年才能将电磁场归入这一体系呢？最多三十年吧。爱因斯坦摸了摸还算茂盛的头发，暗暗地安慰自己。没有人会想到这一努力就是一辈子。此时的爱因斯坦已偏离了物理学研究的主流，就象几年前搞广义相对论时一样，他又默默地将自己与外界隔了开来。学术界很长时间没有听到爱因斯坦的消息了，虽然他们每次会议都保留了爱因斯坦的席位以示尊敬，但热

12、心的新闻界还是不时地制造一些耸动的消息来提醒人们不该忘记这位孤独的勇士。一次，纽约时报花了整整一版印上了令专业人士都费解的数学符号，并郑重地宣布：爱因斯坦的新理论试图包括：行星的旋转，光线的疾驶，地球的引力，钻石的光泽，镭元素的不稳定性，轻的氢和重的铅，通过线圈的电流，物质，能量，时间，空间。物理学家们几次呼吁爱因斯坦出山，加入到他们的行列中来。其时的量子力学正方兴未艾，许多神妙的现象亟待解决，他们不希望这么一个天才的头脑去从事当时看来显然无望解决的问题，当然他们更不希望失去一个德高望重的领袖。情形仿佛当年万众呼唤弃离物理学的牛顿一般。爱因斯坦没有听到万千的同行们心底的呼唤，在以后的日子里甚至

13、很少出席正规的国际物理学会议，而宁愿在出访一些普通的学校时面对激动无比但大部分不懂物理的年青人讲述自己的想法。三十年代初，他在英国访问期间，没有去剑桥大学，而是来到北英格兰的一所普通的女子学校去演讲统一场论，在众人兴奋而迷惑的眼光中一边深思，一边在黑板上断续写满了复杂的张量公式，这是统一场论中必不可少的数学工具。受宠若惊的校方将这块黑板珍藏起来直到今天。更出爱因斯坦意料外的是原本在柏林平静的生活亦出现反复。他没有想到毕生热爱和平的自己竟会长年置身于历史上最大一场战争的策源地。早在一战期间，他就和一些科学家在反对战争的声明上签字。一战的结果是德国战败。在德国重新站起来后不久，有人就在总结失败教训

14、时痛斥背后卖国的三种人：和平主义者，知识分子，犹太人。不幸的爱因斯坦三者都占全了。1933年5月10日的夜晚，群情骚动的学生举着纳粹的标记，疯狂地喊着希特勒万岁，在柏林大学周边的广场上将堆积如山的书籍点着。在熊熊的火焰中可以看到，摞在最上层的赫然便是爱因斯坦著的相对论。此时的爱因斯坦正在大洋彼岸的美国的一家旅馆里发愣，几天前他就听同事们说起在柏林哪里的报馆被查封，哪条街的犹太人开的商店全部遭到洗劫。看来，德国是回不去了，现在的柏林不仅容不下一个犹太人，也容不下一张书桌了。E=MC（2） 题记： 如果这也算一场物理学实验的话，它则是最大程度上影响了二十世纪全人类命运的实验。 （一） 二战结束后不

15、久就有人用战争中死亡的人数除以希特勒那本臭名昭著的我的奋斗一书中的字数，便得出每个字的背后就藏着若干条人命的结论。其实真正要说杀人，古往今来也从来没有杀得过这个简单的E=MC（2）的。爱因斯坦（A.Einstein）在构造出狭义相对论不久，就从中推导出了这个古里古怪的公式。当然从哲学上论起，人类也是第一次认识到质量居然和能量有如此密不可分的关系，质量再轻的物体蕴含的能量也是极度惊人的。很快即使是小学生也拿这个这个著名的公式计算诸如一颗米粒到底含有多少能量，这些能量又足以让全国的灯光亮上多少时间之类的问题。饶舌的记者们采访爱因斯坦时问得最多的也是这个公式，爱因斯坦微笑着反复解释，这个能量只是纯粹

16、是数学推理的结果，有很大的哲学意义，但是丝毫没有实用的价值，大家尽可以把它当个数字游戏来玩。记者们耸耸肩，和爱因斯坦一起轻松地笑着。此时是公元1905年，无论小学生，记者，还是伟大的爱因斯坦，他们都没有意识到他们已经一起开始在玩人类历史上最危险的一个游戏。（二） 哈恩（O. Hahn）现在的人们大概是不熟悉了，但这个名字注定是要载入史册的，因为他是人类历史上第一个跨进核门坎的人。如果非要类比的话，不妨想像一下盗取天火的普洛米休斯。哈恩是一个典型的严谨，执着，聪敏的德国科学家，早年学化学出身。在那段物理学的黄金岁月里，继1895年著名的伦琴射线（X光）被发现之后，居里夫人又陆续提炼出了钋，镭等放

17、射性元素震动了全世界。当时核物理在整个物理学中一枝独秀，居里夫人本人也获得了1903年的诺贝尔物理奖和1911年诺贝尔化学奖双份荣誉（好厉害的MM：P）。哈恩的研究兴趣也开始转向了放射化学这方面来，不过他自己还没有来得及开始，轰轰烈烈的一次世界大战倒先开始了。 即使是从小就深受科学熏陶，凡事都要问个为什么的哈恩，当看到“一切为了德意志母亲”当时这个当时激动了每一个德国人的标语，一股爱国主义激情也不由得油然而生（好个油然而生?！）。他毫不犹豫地穿上军装到了西线，作为深受参谋部欣赏的化学博士，亲自在战场上监督毒气弹的发射。每当对方阵地上一阵黄雾飘过，他就在望远镜里看到英法士兵痛苦地扔下步枪捂着眼睛

18、在战壕里辗转翻滚。己方兴奋已极的士兵一面抓住他的手脚把他高高抛到空中一面齐声喊起了“德意志万岁”的口号。他也和士兵们一起真诚得兴奋过，然而在睡梦中这等惨状一次又一次深深刺痛了他。到底是什么使自己痛苦不堪，他苦苦思索后想到，也许是良心吧。 战后他发誓不再让自己的双手沾上血腥，埋头核物理的研究中。在此其间，哈恩和奥地利女物理学家梅特涅一起合作了很多研究放射性的实验。在1938年冬天一个寒冷的下午，他在实验室里用慢中子轰击铀核时发现异乎寻常的状况，铀核像被子弹击中的玻璃那样裂成碎片。等他耐心地“捡”起了所有碎片之后再称重，发现竟然比没有打碎前的铀核轻了少许，一瞬之间爱因斯坦的公式E=MC（2）流星般

19、地在脑中划过。联想到实验中莫名其妙地释放出来的巨大能量，难道这个就是传说中的核裂变？ 他简直不敢相信自己的眼睛，马上把实验步骤和数据寄给了当时远在瑞典避难的合作者梅特涅查实。不知道后来希特勒是不是因为没留下这位在核物理上极其了得的犹太女人而后悔，哈恩反正是从来不理会纳粹党的警告的，一直保持着和她的联系。梅特涅很快回复，恭喜他观察到了人类历史上第一次导致质量亏损的核裂变，并认定参与裂变的铀核就是铀的同位素 U235。（梅特涅身为犹太MM物理学家，连犯希特勒两大忌讳，想在德国混下去也难。） 得知结果的哈恩极度兴奋之余，不免也暗暗心惊，当时战争的乌云已经又一次笼罩在欧洲上空。他实在无法想象自己的发现

20、会被人们用来干什么 - （三） 无论从那个角度上讲，意大利人费米（E. Fermi）都是物理学中不世出的奇才而且很有可能是最后一个在实验物理和理论物理上都有过极大贡献的人。这种真正全才性的人物在他之前好像也只有伟大的牛顿。 核裂变发现不久后，人们就搞清楚了链式反应的机制，每当一个铀核被中子敲碎，它会自动释放出几个中子去击打其它铀核，核反应就像垮倒的多米诺骨牌一样滚滚前行，再也控制不了它的脚步，当然伴随反应的以E=MC（2）为计算公式的骇人听闻的能量释放。 当然要实现链式反应的第一步就是要有大量的慢中子。中子源人们早就有了，不过中子减速一直是个超大难题。这个难题终于被费米在一次核物理实验中意外的

21、解决。 当时在罗马大学的费米买到了一些放射性元素氡，马上高兴得像孩子一样用这门出了名的“中子炮”来轰击各种物质，短时间内就发现了不少新的放射性元素。一天为了研究银板被中子轰击后的放射性，他在银板背后放了个计数器来探测银板的放射性强度。这个实验本来很普通，他顺利做完了以后突发奇想，在银板和中子源之间插了块铅版，计数器上显示的银板的放射性反而增加了一些。费米微微一笑，这个是他意料中的，中子源里发出的快速中子被铅板一挡速度不免减慢，而正如前文所述慢中子撞击引起的放射性比快中子强得多的多，最后自然导致计数器上的数字增加。费米向来是个童心很重的人，玩了一下铅板，又把手头上所有能找到的东西都插在中子源和银

22、板之间试了一下，例如铁片，铝片，铜片等等。当他偶然把石蜡板插在二者之间的时候，计数器突然疯了一样大声尖叫起来，他一看数据更是惊得目瞪口呆，计数器上显示的放射性比原来强了十倍不止。 整栋物理大楼的人都给这刺耳的啸声吸引到费米的实验室来，大家捂着耳朵讨论着这个不可思议的现象。费米一时陷入了深思，到底中子碰到了石蜡中的什么东西竟然减速的如此厉害。突然间他想到一定是石蜡中的氢，也就是质子！他猛地拍了拍自己的脑袋，想起早年在中学物理课上计算两个小球非弹性碰撞时就已经得出了的当两个小球质量相等时碰撞损失的能量最大的结论，损失能量最大不正意味着最大限度地被减速吗，要不是碰到和自己质量差不多的质子，中子哪里能

23、减速的那么快！要说世界上氢最多的地方，那不就是最常见的水吗，当然如果是中子更丰富的重水（氘核，由一个质子一个中子组成）那就更理想不过了。（两个小球相撞后粘在一起的习题相信每一位上过高中的朋友都做过，想到利用两个质量相等的小球碰撞能损最大的原理来给中子减速也不复杂，其实有时候物理学就真的这么简单，但关键要想的到。 找到了减速中子的关键所在，费米高兴地几乎要蹦起来，摩拳擦掌准备大干一场。他让所有其他物理学家（包括玻尔，爱因斯坦等人）在内最羡慕的倒不是他极其深厚的理论素养和对数字天赋的敏感，甚至也不是他独步天下的实验技能，而是他把实验室里的东西马上工业化的超强能力。当年在哥本哈根的时候，连玻尔，海森

24、堡这些大师级人物都敬服地称他为“量子工程师”。 费米兴奋地开始规划在自己祖国的心脏罗马建成人类历史上第一个反应堆。他彻夜不眠地设计整个反应堆的工艺流程，认真考虑着可能遇到的每个技术性难题。大到整个工地的施工图，小到某个零件的设计图，他都亲自参与。不过这个时候意大利的法西斯头子墨索里尼开始收紧了套在知识分子脖子上的绞索，彻底寒了心的费米逃到大西洋彼岸的美国。 从某种意义上说，轻易放走费米是墨索里尼生平犯的最严重的一个错误，甚至比他在1940年冒然向英法宣战错得更远。四） 1941年的一天，大物理学家玻尔（N. Bohr）在被法西斯德国占领已久的丹麦首都哥本哈根的家中静静地看书，仆人走过来说有个德

25、国军人想见他。一向温文尔雅的玻尔也不禁急得跳起来喊道，“不是和你说了吗，我不见任何德国人，更不用说德国军人。”谁知那个穿着军装的德国人已经径直走到了玻尔的面前，玻尔放下眼镜歪着头看了半天，惊讶得几乎合不上嘴巴，因为来人正是大物理学家海森堡 （ W. Heisenberg）。 二人在此种尴尬的情况下会面，不由得四目相对，千言万语一时也不知从何说起。纳粹占领哥本哈根之后，好端端的玻尔理论物理研究所就此精英四散，心直口快的泡利（W. Pauli）避祸远走奥地利，海森堡也回去报效祖国了，犹太籍的物理学家精明点的早就打点行装逃往英美，迟钝点的现在都在集中营。即使巨人爱因斯坦也早就离开了他的祖国，在那里人

26、们不仅烧光了他写的相对论书籍，还有人出十万马克买他的人头。玻尔想想当年和海森堡他们一起共创量子力学那段美好的时光，当真恍若隔世。这些人间最智慧的一群精英，每个人都可以毫不费力地精确预测电子运行的轨道，却没有一个人能够计算出自己的人生。 此时的海森堡已经因为他纯正的日尔曼血统和在物理学上的无上威望被希特勒任命为第三帝国铀计划的总负责人。玻尔也清楚不能再向以前那样畅所欲言了。慢慢地从海森堡的只言片语中玻尔终于了解到他正担负着一项绝密的计划，大概就是制造一种利用核裂变的巨大能量的炸弹。海森堡本人其实也正陷入了一场前所未有的痛苦之中，为了祖国他是一定要把原子弹造出来的，为了全人类就一定不能造出来。他这

27、次来访是想邀请玻尔加入他们的核计划，但也可以理解有意把这个计划泄漏给玻尔。 海森堡走后，玻尔越想越是心惊：纳粹德国工业基础雄厚，资金充裕，海森堡，哈恩等人都是物理上一等一的人才，他们要是搞出这种威力奇大的原子武器实非难事，那人类只怕就真的要万劫不复了。想到这里他又不免自我安慰，海森堡未必一定会尽全力吧，但转念再想，以自己和海森堡相交数十年之久，他的脾气再清楚不过了，那是个标准的不达目的决不罢休的德国人阿，何况这次有可能事关全德的存亡。玻尔早就有离开丹麦的打算，此时更是打定了非走不可的主意。在英国间谍的帮忙下，他被人像货物一样塞入一架运输机中。起飞前粗心的飞行员竟然忘记发给他氧气面罩，饶是这个前

28、丹麦国家足球队守门员身体粗壮得非常人可比，下了飞机后仍不免去了性命半条。 爱因斯坦很快收到了玻尔通报的这一情况。他早就意识到了当年的那个E=MC（2）闯下了何等大祸。早在1939年他就向美国总统罗斯福发出那封历史上著名的建议信，提醒他德国人可能正在研制一种威力之大亘古未见的武器，它的能量就像太阳一样浩瀚无穷，可以毫不费力地摧毁地球上每一个城市。罗斯福看到信之后微微犹豫了一下，身边的秘书及时点醒当年不可一世的拿破仑就是因为没有采用蒸汽船的提案到底也没能渡过英吉利海峡。 总统点点头在文件上签上了自己的名字，耗资达20亿美元之巨的曼哈顿工程滚滚启动。（五） 随着守门员的一声哨响，这场史无前例的A-B杯（A Bomb）足球赛决赛就此拉开序幕。实力超群的德国队一边有威名赫赫的老队长海森堡（量子力学创始人之一，1932诺贝尔物理奖获得者），率先向核时代攻入第一球的放射化学之王超级前锋哈恩 （1944年诺贝尔化学奖得主）， 钢铁后腰盖革（H.Geiger，粒子探测器之父，费米那个中子减速实验里呜呜叫的就是著名的盖革计数器），中场核心博克（W. Bothe, 中子的发现者之一，1954年诺贝尔 物理奖得主），老而弥