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第二十四集

从赫尔格兰回来以后

啊

这海森堡找到了波恩

请求允许他离开戈厅更衣镇去剑桥讲课

同时呢

他也把自己的论文给了波恩过目

问他有没有发表的价值

布恩显然被海森堡的想法给迷住了

正如他后来回忆的那样

我对此着了迷

海森堡的思想给我留下了深刻的印象

对于我们一直追求的那个体系来说

这是一次伟大的突破

于是

当海森堡到英国讲学的时候

伯恩就把他的这篇论文寄给了物理学杂志

并于一九二四年七月二十九日发表

这无疑标志着新生的量子力学在公众面前的首次亮相

但海森堡古怪的表格惩罚无疑也让波恩困扰

他在七月十五日写给爱因斯坦的信中说

海森堡新的工作看起来有点神秘莫测

不过无疑是很深刻的

而且是正确的

但是有一天

这博文突然灵光一闪

他终于想起来是什么了

海森堡的表格

正是他从前在布雷斯劳大学读书时所学过的那个矩阵

但是对于当时全欧洲的物理学家来说

矩阵几乎是一个完全陌生的名字

甚至连海森堡自己也不见得对他的性质有着完全的了解

布恩决定为海森堡的理论打一个坚实的数学基础

七月十九日

在去往一个学术会议的火车上

他遇到了炮丽

并表达了希望与之合作的想法

可是

炮丽对此持有强烈的怀疑态度

他以他标志性的尖刻语气对伯恩说

是的

我就知道你喜欢那种冗长而复杂的形式主义

但你那一文不值的数学

只会损害海森堡的物理思想

一个毛头小伙

居然对自己以前的导师说出这样的话

在许多人看来呢

一定是狂妄和不可一世的

不过话又说回来

不狂妄自大的炮力

还能是那个名流清水的伟大的炮力吗

博恩的涵养倒也是相当之好啊

大概没有人比他更了解炮力的性格了

无端端的碰了一鼻子灰后

他只好摇头苦笑

自认倒霉

转向了自己的另外一位年轻助教帕斯卡

约尔当

约尔当和炮利相比呢

几乎那是两个极端

他害羞而内向

公开说话都缺少勇气

基本上

炮利所有的性格指数乘以负一啊

那就是约尔当的写照了

但在学术上呢

约尔当也是毫不含糊

他和波恩两人欣然合作

很快写出了著名的论文论量子力学

发表在了物理学杂志上

在这篇论文中呢

两人用了很大的篇幅来阐明矩阵运算的基本规则

并把经典力学的哈密顿变换统统改造成为了矩阵的形式

传统的动量p和位置q啊

这两个物理变量现在成为了两个含有无限数据的庞大表格

而且

正如我们已经看到的那样啊

他们并不遵守传统的乘法交换律

p乘q

它不等于q乘p

波恩和约尔当甚至把p乘q和q乘p之间的差值也算了出来

结果是这样的

PQ减QP等于二派i分之h乘以IH啊

那是我们已经熟悉的普朗克常数

i是虚数的单位

代表负一的平方根

而i呢

叫做单位矩阵

相当于矩阵运算中的一

布恩和约尔当呢

奠定了一种新的力学

矩阵力学的基础

在这种新力学体系的魔法下

普朗克常数和量子化呢

从我们的基本力学方程中啊

自然而然的跳了出来

成为自然界的内在秉性

如果认真的对这种力学形式呢

做一下探讨啊

人们会惊奇的发现

这牛顿体系里面的种种结论

比如能量守恒

从新理论中也可以得到

这就是说啊

新力学其实是牛顿理论的一个扩展

老的经典力学其实被包含在我们的心理学中

成为一种特殊情况下的表现形式

这种新的力学呢

很快就得到了进一步完善

从剑桥返回哥廷根以后啊

这海森堡本人也加入了这个伟大的开创性工作中

十一月二十六日

论量子力学二在物理学杂志上发表

作者是波恩

海森堡和约尔当

这篇论文呢

把原来只讨论一个自由度的体系

扩展到任意一自由由

从而彻底建立了新利理学的主体

现在他们可以自豪的宣称

长期以来人们所苦苦追寻的那个目标终于达到了

多年以来如此困扰着物理学家的原子光谱问题

现在终于可以在心力学内部完美的解决了

论量子力学二这篇文章被海森堡本人亲切的称呼为三人论文

也终于注定要在物理史上流芳百世

新体系显然在理论上获得了巨大成功

炮利很快就改变了他的态度

在写给克罗尼格的信里呀

他说

海森堡的力学让我有了新的热情和希望

随后他很快就给出了极其有说服力的证明

展示新理论的结果和氢原子的光谱附合的非常完美

从量子规则中呢

巴尔默公式可以被自然而然的推导出来

非常好笑的是

虽然他不久前还对伯恩咆哮说冗长和复杂的形式主义

但他自己的证明无疑动用了最最复杂的数学

不过

对于当时其他的物理学家来说呢

海森堡的新体系无疑是一个怪物

矩阵这种冷冰冰的东西实在太不讲情面

不给人以任何想象的空间

人们一再追问

这里面的物理意义是什么呀

矩阵究竟是个什么东西

海森堡却始终护定他那让人沮丧的立场

所谓意义是不存在的

如果有的话

那数学就是一切意义的所在

物理学是什么呢

就是从实验观测量出发

并以庞大复杂的数学关系将它们联系起来的一门科学

如果说有什么图像能够让人们容易理解和记忆的话

那也是靠不住的

但是不管怎么样

毕竟矩阵力学对于大部分人来说

都是太陌生

太遥远了

而隐藏在他背后的深刻含义

当时还远远没有被发掘出来

特别是p乘q不等于q乘p

这究竟代表了什么呢

令人头疼不已啊

半年后

当薛定谔以人们所喜闻乐见的传统方式发布它的波动方程后

那几乎全世界的物理学家都松了一口气

他们终于解脱了

不必再费劲的学习海森堡那异常复杂和繁难的矩阵力学

当然

人人都必须承认

矩阵力学本身的伟大含义是不容怀疑的啊

但是

如果说在一九二五年

欧洲大部分的物理学家还都对海森堡

波恩和约尔当的力学一知半解的话

那我们也不得不说啊

其中有一个非常显著的例外

它就是保罗

迪拉克

在量子力学大发展的年代

哥本哈根

哥挺根以及慕尼黑三弟抢尽了风头

迪拉克的崛起呢

也算为老牌的剑桥挽回了一点颜面

保罗

埃德里安

莫里斯

迪拉克于一九零二年八月八日出生于英国布里斯托尔港

他的父亲呢

是瑞士人

当时啊

是一位法语教师

迪拉克是家里的第二个孩子

许多大物理学家的童年教育呢

都是多姿多彩的

普朗克富有音乐天才

波尔热爱足球运动

爱因斯坦的小提琴和海森堡的钢琴那是有口皆碑

薛定谔的古典文学素养极佳

但迪拉克的童年

哎

显然是要悲惨许多

他父亲是一位非常严肃而刻板的人

给保罗制定了众多的严格规矩

比如

他规定保罗只能和他讲法语

他认为这样才能学好这种语言

于是

当保罗无法表达自己的时候

只好选择沉默

在迪拉克的童年里啊

音乐

文学 体育

艺术显然都和他无缘

社交活动也几乎没有

这一切把迪拉克塑造成为了一个沉默寡言

喜好孤独

淡泊名利

在许多人眼里显得很古怪的人

对于异性的敬而远之

更是人们把他和那位古怪的卡文迪许相提并论

在迪拉克获诺贝尔奖之后呢

英国的报纸把它描述成一位害怕所有女性的天才

有一个关于迪拉克的八卦是这么说的啊

一九二九年

海森堡和迪拉克从美国去日本讲课

在船上

海森堡不停的和女孩跳舞

而迪拉克则一直坐在旁边看

过了很长时间

迪拉克终于忍不住的问海森堡

你干嘛要跳舞呢

海森堡说

女孩子都不错嘛

干嘛不跳呢

迪拉克想了半天

小心翼翼的问

可是海森堡啊

你在跳舞之前

怎么就能预先知道他们都不错呢

另外一个流传很广的笑话

有一次啊

迪拉克在某大学演讲

讲完后

一个观众站起来说

迪拉克教授

我不明白你那个公式是如何推导出来的

迪拉克看着他

久久的不说话

主持人不得不提醒他

还没有回答问题

回答什么问题呀

迪拉克奇怪的说

他刚刚说的是一个陈述句

不是疑问句

好了

八卦到此为止

我们言归正传

一九二一年

迪拉克从布里斯托尔大学电机工程系毕业

却恰逢经济大萧条

结果没法找到工作

事实上

很难说他是否会成为一个出色的工程师

迪拉克显然长于理论而拙于实验

不过幸运的是

布里斯托尔大学数学系又给了他一个免费进修数学的机会

两年后

迪拉克转到剑桥

开始了人生的新篇章

我们在上面说到啊

这一九二五年的夏天

当海森堡在赫尔格兰岛做出了他的突破后呢

他获得了伯恩的批准

来到剑桥讲学

当时海森堡对自己的发现心中还没有底

所以啊

没有在公开场合提到自己这方面的工作

不过

七月二十八日

他参加了所谓的卡皮查俱乐部的一次活动

卡皮查是一位年轻的苏联学生

当时呢

在剑桥跟随卢瑟福工作

他感到英国的学术活动太刻板

便自己组织了一个俱乐部

在晚上聚会

报告和讨论有关物理学的最新进展

我们在前面讨论卢瑟福的时候啊

提到过卡皮查的名字

他后来也获得了诺贝尔奖

迪拉克也是卡皮查俱乐部的成员之一

他当时呢

不在剑桥

所以没有参加这次聚会

不过啊

他的导师福乐参加了

而且大概在和海森堡的课后讨论中呢

得知他已经发明了一种全新的理论来解释原子光谱问题

后来海森堡把他的证明寄给了福勒

而福勒给了迪拉克一个副本

这一开始呢

并没有引起迪拉克的重视

不过大概一个礼拜后

他重新审视海森堡的论文

这下他把握住了其中的精髓

别的都是细枝末节

只有一件事儿是重要的

那就是我们那奇怪的矩阵乘法规则

p乘q不等于q乘p

好

今天的饭后闲话呢

我们来聊聊这约尔当

恩斯特

帕斯库尔

约尔当呢

出生于汉诺威

在我们的史话里已经提到过啊

他是物理史上两篇重要的论文论量子力学一和二的作者之一

可以说啊

也是量子力学的主要创立者

但是

他的名声显然及不上波恩和海森堡

这里面的原因呢

显然也是多方面的

一九二五年

于尔当才二十二岁

无论从资格还是名声来说

都远远及不上元老级的波恩和少年成名的海森堡

当时和他一起做出贡献的那些人呢

后来都变得如此著名

伯恩 海森堡

泡利啊

他们耀眼的光辉把月尔当完全给盖住了

从月尔当本人来说呢

他是一个害羞和内向的人

说话有口吃的毛病

总是结结巴巴的

所以他很少授课或者发表演讲

更严重的是啊

约尔当在第二次世界大战期间

站到了希特勒的一边

成为一个纳粹的同情者

被指责曾经告密

这大大损害了他的生命

约尔当是一个做出了许多伟大成就的科学家

除了创立了基本的矩阵力学形式

为量子论打下基础之外

他同样在量子场论

电子自旋

量子电动力学中呢做出了巨大的贡献

他是最先证明海森堡和薛定谔体系同等性的人之一

他发明了鱼尔当代数

后来又广泛涉足生物学

心理学和运动学

他曾被提名为诺贝尔奖得主

却没有成功

鱼尔当后来呢

显然也对自己的成就被低估有些恼火

一九六四年

他声称论量子力学一文

其实几乎都是他一个人的贡献

布恩那时候病了

这引起了广泛的争议

不过许多人显然同意

约尔当的贡献应当得到更多的承认

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