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。說實話，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。不過我們也會看到，他在精神上與他們同在。

如果讓物理學(xué)家們來評選20世紀最頂尖的十大物理學(xué)家，大部分人都會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世紀最重要的實驗物理學(xué)家，七人中唯一的女性莉澤·邁特納（Lise Meitner）也肯定會榜上有名。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，因為在這樣一個時刻，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。實際上我們可以說，這場革命就是因為他們才發(fā)生的。20世紀的物理學(xué)還有一次重大的離經(jīng)叛道，那就是相對論，而量子力學(xué)革命的發(fā)展與相對論截然不同。1905年提出的狹義相對論和1916年提出的廣義相對論完全是阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）一個人的功勞。此外，無論是狹義相對論還是廣義相對論，在愛因斯坦最早提出時就已經(jīng)是基本完整的形式，不需要改進，也不需要做出進一步闡釋。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，其細節(jié)隨著時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，他們常常會為其中一些結(jié)論而吵得不可開交。那一時期量子力學(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，就連這場科學(xué)革命的部分締造者都對此抱有異見。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，而在實際意義上，這些成就給我們生活帶來的改變，比20世紀其他任何科學(xué)變革都更加劇烈。這場科學(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�活的實際應(yīng)用，也是未來進行研究的工具。

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。本書重點講述這七個人的故事，但其他人也發(fā)揮了重要作用。至于說他們都是什么樣子，這個問題無法一語道盡，因為跟其他隨便什么團體一樣，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；有人總是獨來獨往，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共同點：他們都是理論物理領(lǐng)域的天才。

他們還有一個共同特征，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，也都因為早慧而卓爾不群泡利、海森堡和狄拉克，在二十多歲時就已成為該領(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革命的顯著特征。步入而立之年時，他們?nèi)�都已�?jīng)顯露出自己的能力，也已經(jīng)在這個領(lǐng)域聲名鵲起。更準確地說，除薛定諤之外，他們在三十歲之前都已經(jīng)取得了重大成就，而薛定諤也可能只是因為在二十五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，不僅因為他的思想和成就，也因為他對這個領(lǐng)域及其他人的個人影響。在玻爾的訃告中，海森堡寫道：玻爾對我們這個世紀的物理學(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。讀到這句評語我也很驚訝，因為我們這代人對玻爾并不這么看（我承認，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)這句話有多實在。這一評價并不是在比較學(xué)識上的貢獻后得出的，因為愛因斯坦在這方面的貢獻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�個地同時也是同心協(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)家對所有這些偉人都會感到敬重和欽佩，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，這個詞總會反復(fù)出現(xiàn)。本書有很大一部分就致力于解釋為什么會這樣，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。他身上完全沒有個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。他們對自己的地位全都心知肚明，然而玻爾對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、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話形式進行的，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是個哲學(xué)家而非物理學(xué)家。玻爾酷愛悖論與佯謬，認為能從多個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：他的觀點就好像來自一個一直在努力尋找答案的人，從來都不像出自一個相信自己掌握著整個決定性真理的人。這句評論一語中的，抓住了玻爾的精髓他一直在為那個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。他會讓別人感到自己被需要，因為他確實需要他們。玻爾無疑是個偉人，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詞時會很謹慎。后來有人覺得，對他的敬愛比人們對玻爾的敬愛更叫人費解。他跟玻爾形成了很有意思的對比，因為玻爾總是彬彬有禮，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識到，他損人的時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像學(xué)生一樣被他貶損一番。而這么做的時候，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：泡利的誠實就跟小孩子差不多，他總是會把自己的真實想法直接表達出來。隨后又補充道，只要習(xí)慣了他的風(fēng)格，他這個人還是很好相處的。

泡利可能會損你，但從來不會對你視而不見，而他針對你的尖刻話語也會馬上成為一種榮譽徽章，在朋友圈里廣為流傳。泡利很有妙語連珠的天賦，損人的時候經(jīng)常會很好玩。只有他會這么描述一個人：還這么年輕，就已經(jīng)那么寂寂無名了。但他富有表現(xiàn)力的話語傳達了真實的情感和忠誠。在量子力學(xué)革命正如火如荼之際，玻爾和泡利在一次會議上碰過面，三十多年后玻爾對一位歷史學(xué)者說起當(dāng)時他們之間的一次典型交流：我碰到泡利，他對我的背叛表達了最強烈的不滿，以這種我們都極為珍視的情感表達方式，強烈譴責(zé)了原子物理應(yīng)該引入新異端的觀點。

運動型的玻爾喜歡遠足、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。玻爾膝下有六個兒子，都是他的摯愛，泡利則沒有子嗣。玻爾對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�時代的所有物理學(xué)天才都非常了解，他在辦公桌上放了一張泡利的照片，并承認泡利是他學(xué)識上的父親。

他們倆之間的鮮明對比，人們對他們倆的喜愛之情，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念歌德逝世一百周年的活動，因此在哥本哈根一年一度非正式聚會的這一小群物理學(xué)家決定，自己也來辦一場紀念活動�；顒右砸怀鲇哪�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斯特則成了浮士德。在歌德的《浮士德》中，梅菲斯特的臺詞最為詼諧，而泡利在現(xiàn)實生活中講話時也確實總是妙語連珠。

這出滑稽短劇意在讓人們從長達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，也是實際登臺表演的人。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候就已經(jīng)對這個領(lǐng)域做出了足以彪炳千秋的貢獻。他們也都記得，歌德的《浮士德》中學(xué)士發(fā)出的警告：

一個人過了三十歲年齡，

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。

舉行會議的那一年對他們來說是極為關(guān)鍵的一年。我們會看到，仲夏時節(jié)發(fā)現(xiàn)的正電子，也就是電子的反物質(zhì)對應(yīng)，標(biāo)志著狹義相對論和量子力學(xué)開始走到了一起。對物理學(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，實驗驗證物理學(xué)革命的過程已經(jīng)完成，而這場革命仍然是20世紀中影響最為深遠的。

除此之外，就在會議召開前發(fā)現(xiàn)的中子，會議結(jié)束幾個月后又在實驗室實現(xiàn)的首次人工誘導(dǎo)核裂變，也開啟了物理學(xué)的另一場革命，引領(lǐng)我們進入核物理時代。這場革命對我們世界觀的影響，以及對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隊和相當(dāng)規(guī)模的資金來源才能進行，如今這類大型實驗已經(jīng)司空見慣。這次會議開完僅僅七年后，持懷疑態(tài)度的玻爾就評論稱，制造核武器所需的裂變材料，打個比方說，只有把美國變成一個大工廠才能得到。后來也確實不幸言中。

1932年的這些科學(xué)發(fā)現(xiàn)（因此有時候也把這一年叫做實驗物理學(xué)的奇跡之年），同樣將物理學(xué)的重心從理論轉(zhuǎn)到了實驗，從用紙筆完成的研究轉(zhuǎn)到在實驗室里用復(fù)雜工具進行的研究。這兩種工作模式必然應(yīng)是齊頭并進的，但總會有些時候一個占據(jù)了舞臺中央，而一些時候又輪到另一個來唱主角。量子物理的理論進展主導(dǎo)了會議之前的十年，然而在實驗室里取得的進步成了緊隨這次會議之后那段時期的標(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，在后來的歲月里會遇到的很多個人問題，細想之下很讓人覺得詭異。回過頭來我們可以看到，1932年對他們來說是一個分水嶺。在那之前，他們只是一個很小的圈子，他們中間僅有的緊張氣氛是誰會率先實現(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，有時候是作為敵手，但只是學(xué)術(shù)意義上的，因為說到底，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，這個物理學(xué)小圈子里的很多人都發(fā)現(xiàn)，他們陷入了一場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，只要表述的時候不動用方程這種理論物理學(xué)的通用語言，大家看著應(yīng)該也不會感覺頭大。我努力在這些限制條件下準確描述這些概念，希望不會給好奇的讀者帶來太大的負擔(dān)，但同時也能對讀者有些挑戰(zhàn)。本書最著意強調(diào)的是這七個人的小團體以及他們身邊的小圈子如何面對彼此，又如何面對他們自己的魔鬼。為了達到這個目標(biāo)，我回溯了這場會議之前的十多年時間，以便了解他們都是怎么形成自己的信念和個性的，并從這場會議出發(fā)順流而下，追蹤他們的行動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，不否認自己對這行會有先入為主的看法，但這些人，個頂個的都是真正的巨人。我們往往沒法知道，最近的科學(xué)發(fā)展中有什么能經(jīng)受住時間的考驗，但他們這些人的貢獻肯定會萬古長青。他們的成功要部分歸因于他們在這個關(guān)鍵時刻量子力學(xué)和核物理學(xué)的黎明時分朝氣蓬勃又豪情萬丈，他們把握住了這一時刻，讓這個領(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)造了歷史上的一個神奇瞬間。數(shù)百年后，他們的名字也許只會在科學(xué)教材的腳注中出現(xiàn)，但他們的貢獻仍將繼續(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房間里舉行了一次為期一周的會議，他們是這個非凡時代的縮影，而這一時刻，就是本書所述故事的關(guān)鍵。我想先跟你們講講這個故事是怎么開始的，以及我為什么要寫這個故事，大家且聽我道來。