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而沿着另一条道路前进的人们在组织上显然松散许多。大致说来,这是以德布罗意的理论
为切入点,以薛定谔为主将的一个派别。而在波动力学的创建过程中起到关键的指导作用
的爱因斯坦,则是他们背后的精神领袖。但是这个理论的政治观点也是很明确的:它强调
电子作为波的连续性一面,以波动方程来描述它的行为。它热情地拥抱直观的解释,试图
恢复经典力学那种形象化的优良传统,有一种强烈的复古倾向,但革命情绪不如对手那样
高涨。打个不太恰当的比方,矩阵方面提倡彻底的激进的改革,摒弃旧理论的直观性,以
数学为唯一基础,是革命的左派。而波动方面相对保守,它强调继承性和古典观念,重视
理论的形象化和物理意义,是革命的右派。这两派的大战将交织在之后量子论发展的每一
步中,从而为人类的整个自然哲学带来极为深远的影响。
在上一节中,我们已经提到,海森堡和薛定谔互相对对方的理论表达出毫不掩饰的厌恶(
当然,他们私人之间是无怨无仇的)。他们各自认定,自己的那套方法才是唯一正确的。
这是自然的现象,因为矩阵力学和波动力学看上去是那样地不同,而两人的性格又都以好
胜和骄傲闻名。当衰败的玻尔理论退出历史舞台,留下一个权力真空的时候,无疑每个人
都想占有那一份无上的光荣。不过到了1926年4月份,这种对峙至少在表面上有了缓和,
薛定谔,泡利,约尔当都各自证明了,两种力学在数学上来说是完全等价的!事实上,我
们追寻它们各自的家族史,发现它们都是从经典的哈密顿函数而来,只不过一个是从粒子
的运动方程出发,一个是从波动方程出发罢了。而光学和运动学,早就已经在哈密顿本人
的努力下被联系在了一起,这当真叫做“本是同根生”了。很快人们已经知道,从矩阵出
发,可以推导出波动函数的表达形式来,而反过来,从波函数也可以导出我们的矩阵。19
30年,狄拉克出版了那本经典的量子力学教材,两种力学被完美地统一起来,作为一个理
论的不同表达形式出现在读者面前。
但是,如果谁以为从此就天下太平,万事大吉,那可就大错特错了。虽然两种体系在形式
上已经归于统一,但从内心深处的意识形态来说,它们之间的分歧却越来越大,很快就形
成了不可逾越的鸿沟。数学上的一致并不能阻止人们对它进行不同的诠释,就矩阵方面来
说,它的本意是粒子性和不连续性。而波动方面却始终在谈论波动性和连续性。波粒战争
现在到达了最高潮,双方分别找到了各自可以依赖的政府,并把这场战争再次升级到对整
个物理规律的解释这一层次上去。
“波,只有波才是唯一的实在。”薛定谔肯定地说,“不管是电子也好,光子也好,或者
任何粒子也好,都只是波动表面的泡沫。它们本质上都是波,都可以用波动方程来表达基
本的运动方式。”
“绝对不敢苟同。”海森堡反驳道,“物理世界的基本现象是离散性,或者说不连续性。
大量的实验事实证明了这一点:从原子的光谱,到康普顿的实验,从光电现象,到原子中
电子在能级间的跳跃,都无可辩驳地显示出大自然是不连续的。你那波动方程当然在数学
上是一个可喜的成就,但我们必须认识到,我们不能按照传统的那种方式去认识它——它
不是那个意思。”
“恰恰相反。”薛定谔说,“它就是那个意思。波函数ψ(读作psai)在各个方向上都是
连续的,它可以看成是某种振动。事实上,我们必须把电子想象成一种驻在的本征振动,
所谓电子的“跃迁”,只不过是它振动方式的改变而已。没有什么‘轨道’,也没有什么
‘能级’,只有波。”
“哈哈。”海森堡嘲笑说,“你恐怕对你自己的ψ是个什么东西都没有搞懂吧?它只是在
某个虚拟的空间里虚拟出来的函数,而你硬要把它想象成一种实在的波。事实上,我们绝
不能被日常的形象化的东西所误导,再怎么说,电子作为经典粒子的行为你是不能否认的
。”
“没错。”薛定谔还是不肯示弱,“我不否认它的确展示出类似质点的行为。但是,就像
一个椰子一样,如果你敲开它那粒子的坚硬的外壳,你会发现那里面还是波动的柔软的汁
水。电子无疑是由正弦波组成的,但这种波在各个尺度上伸展都不大,可以看成一个‘波
包’。当这种波包作为一个整体前进时,它看起来就像是一个粒子。可是,本质上,它还
是波,粒子只不过是波的一种衍生物而已。”
正如大家都已经猜到的那样,两人谁也无法说服对方。1926年7月,薛定谔应邀到慕尼黑
大学讲授他的新力学,海森堡就坐在下面,他站起来激烈地批评薛定谔的解释,结果悲哀
地发现在场的听众都对他持有反对态度。早些时候,玻尔原来的助手克莱默接受了乌特勒
支(Utrecht)大学的聘书而离开哥本哈根,于是海森堡成了这个位置的继任者——现在
他可以如梦想的那样在玻尔的身边工作了。玻尔也对薛定谔那种回归经典传统的理论观感
到不安,为了解决这个问题,他邀请薛定谔到哥本哈根进行一次学术访问,争取在交流中
达成某种一致意见。
9月底,薛定谔抵达哥本哈根,玻尔到火车站去接他。争论从那一刻便已经展开,日日夜
夜,无休无止,一直到薛定谔最终离开哥本哈根为止。海森堡后来在他的《部分与整体》
一书中回忆了这次碰面,他说,虽然平日里玻尔是那样一个和蔼可亲的人,但一旦他卷入
这种物理争论,他看起来就像一个偏执的狂热者,决不肯妥协一步。争论当然是物理上的
问题,但在很大程度上已经变成了哲学之争。薛定谔就是不能相信,一种“无法想象”的
理论有什么实际意义。而玻尔则坚持认为,图像化的概念是不可能用在量子过程中的,它
无法用日常语言来描述。他们激烈地从白天吵到晚上,最后薛定谔筋疲力尽,他很快病倒
了,不得不躺到床上,由玻尔的妻子玛格丽特来照顾。即使这样,玻尔仍然不依不饶,他
冲进病房,站在薛定谔的床头继续与之辩论。当然,最后一切都是徒劳,谁也没有被对方
说服。
物理学界的空气业已变得非常火热。经典理论已经倒塌了,现在矩阵力学和波动力学两座
大厦拔地而起,它们之间以某种天桥互相联系,从理论上说要算是一体。可是,这两座大
厦的地基却仍然互不关联,这使得表面上的亲善未免有那么一些口是心非的味道。而且,
波动和微粒,这两个300年来的宿敌还在苦苦交战,不肯从自己的领土上后退一步。双方
都依旧宣称自己对于光、电,还有种种物理现象拥有一切主权,而对手是非法武装势力,
是反政府组织。现在薛定谔加入波动的阵营,他甚至为波动提供了一部完整的宪法,也就
是他的波动方程。在薛定谔看来,波动代表了从惠更斯,杨一直到麦克斯韦的旧日帝国的
光荣,而这种贵族的传统必须在新的国家得到保留和发扬。薛定谔相信,波动这一简明形
象的概念将再次统治物理世界,从而把一切都归结到一个统一的图像里去。
不幸的是,薛定谔猜错了。波动方面很快就要发现,他们的宪法原来有着更为深长的意味
。从字里行间,我们可以读出一些隐藏的意思来,它说,天下为公,哪一方也不能独占,
双方必须和谈,然后组成一个联合政府来进行统治。它还披露了更为惊人的秘密:双方原
来在血缘上有着密不可分的关系。最后,就像阿尔忒弥斯庙里的祭司所作出的神喻,它预
言在这种联合统治下,物理学将会变得极为不同:更为奇妙,更为神秘,更为繁荣。
好一个精彩的预言。
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饭后闲话:薛定谔的女朋友
2001年11月,剧作家Matthew Wells的新作《薛定谔的女朋友》(Schrodinger’s
Girfriend)在旧金山著名的Fort Mason Center首演。这出喜剧以1926年薛定谔在阿罗萨
那位神秘女友的陪伴下创立波动力学这一历史为背景,探讨了爱情、性,还有量子物理的
关系,受到了评论家的普遍好评。今年(2003年)初,这个剧本搬到东岸演出,