如果說泡利是最能懟人的科學家,那么玻爾則是最能辯論的一把手。
不過,與泡利的毒舌不同,玻爾每一次辯論都有理有據(jù),讓人難以反駁。
上帝之鞭泡利,圖片來源:《決戰(zhàn)量子之巔》
平時的玻爾總把自己收拾得一絲不茍,給人一副溫文爾雅的形象,說起話來語速也很慢,甚至還帶點口吃。
但在科學問題上,他一旦較真起來卻毫不含糊,說話反倒流利起來,所向披靡。
尼爾斯·玻爾
從小他就愛給人“糾錯”,年輕時就因“不知天高地厚”地指出導師錯誤,被老師冷落。
構(gòu)建了新的“原子結(jié)構(gòu)模型”獲諾獎后,他便一手創(chuàng)立了”哥本哈根學派“。
在歷史上,他也與普朗克、愛因斯坦齊名比肩,人稱量子物理三巨頭。
量子物理三巨頭
而因他成立的“哥本哈根學派”,也以自由開放、在辯論中將科學思想發(fā)揚光大而著名。
此外,他與愛因斯坦的世紀論戰(zhàn),更是為后人津津樂道,嘆為觀止。
小玻爾(最右)與家人
1885年,尼爾斯·玻爾出生于丹麥首都哥本哈根的一個知識分子家庭。
小時候的他雖態(tài)度平和友善,還有點靦腆,但卻極其反差地追求完美,從小就將“大膽而嚴謹”(愛因斯坦原話)進行到底。
在一堂圖畫課上,老師要求大家畫出自己家的房子。
但畫著畫著玻爾便向老師打報告說要回家,原因竟是“我實在不記得家里圍墻有多少根柱子了?!?/strong>
玻爾(右)與弟弟
隨著年齡漸長,玻爾這種接近“死心眼”的耿直,也開始讓他成為一個酷愛挑錯的學生。
才剛上小學不久,玻爾就敢公開叫板,指出教材中的錯誤,經(jīng)常弄得場面十分尷尬。
哥本哈根大學教授霍夫?。℉arald Hoffding),與老玻爾是好友,經(jīng)常到玻爾家做客
大一時,玻爾就在與哲學家霍夫丁教授的談笑風生中,多次指出他邏輯學教材中不合邏輯之處。
不過,霍夫丁教授倒是非常樂意接受批評,甚至還對玻爾嚴密的邏輯推理大為贊賞。
但批評的意見,也不是每個人都能這樣欣然接受。
畢竟玻爾在“電子之父”J.J.湯姆森面前的莽撞,就曾差點斷送了自己的前程。
“電子之父”——J.J.湯姆森
在碩士與博士期間,他研究的課題都是當時剛剛興起的金屬電子理論。
1911年,玻爾取得哥本哈根大學博士學位時,論文題目便是《金屬電子論》。
那時,正是經(jīng)典物理大廈最搖搖欲墜的年代,普朗克和愛因斯坦等科學家已邁入量子物理的大門。
玻爾當時也明顯感受到經(jīng)典力學在描述原子現(xiàn)象時的困難。
帶著各種疑問的玻爾毅然選擇了前往英國劍橋,想要與自己的偶像J.J.湯姆森進行更深入的研究。
那時電子雖然已經(jīng)被發(fā)現(xiàn),但是人們對原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)還一概不知。
所以J.J湯姆森提出了一種“葡萄干蛋糕式”的原子模型,還在歷史上得到較長時間的認可。
他認為原子可分為帶正電的蛋糕,和帶負電的電子。
這些帶負點的電子,就像葡萄干一樣鑲嵌在帶正電荷的實心蛋糕上。
我們現(xiàn)在知道,原子是由中子和質(zhì)子組成的原子核和外面圍繞的電子組成。
而當時的玻爾,也發(fā)現(xiàn)了湯姆森的模型中有著諸多不合理的地方。
所以第一次見面,玻爾就拿出J.J湯姆森所著的論文,用生澀的英文指出了里面的幾處錯誤。
湯姆森四年前才剛獲得諾獎,德高望重,完全看不懂玻爾這是什么操作,場面幾度陷入尷尬。
不過耿直的玻爾哪知尷尬為何物,臨走時還請湯姆森看自己的論文,希望湯姆森能幫自己發(fā)表在英國皇家學會的刊物上。
后來,玻爾的論文當然被不置可否地束之高閣。
那段時間的他也備受冷落,度過了陰郁的半年。
盧瑟福
不過這種狀態(tài)沒有持續(xù)很久,因為玻爾很快就遇上了人生的伯樂盧瑟福。
盧瑟福也曾是湯姆森的學生,在一次回劍橋做報告時就為玻爾轉(zhuǎn)身。
1911年11月,玻爾便前往曼徹斯特,加入了盧瑟福的團隊。
當時的盧瑟福也剛根據(jù)自己之前完成的α粒子散射實驗*,提出了電子繞原子核運動的“行星式”模型。
*注:實驗用準直的α射線轟擊厚度為微米的金箔,發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的α粒子都照直穿過薄金箔,但有的α粒子卻發(fā)生了不同程度的偏轉(zhuǎn),有的甚至直接反射回來。
雖然我們現(xiàn)在知道這個模型已接近正確,但那時的盧瑟福就是想破腦袋,都無法回答關(guān)于原子的力學穩(wěn)定問題。
因為根據(jù)經(jīng)典物理,負電子在繞核旋轉(zhuǎn)時應當不斷輻射出能量。
隨著能量的耗盡電子將沿螺旋式地墜落在核上,原子將發(fā)生坍縮。
如果這個模型是對的,那么我們的整個宇宙早就應該坍縮消失才對。
但是事實上,宇宙卻一如既往地穩(wěn)定。
盧瑟福的原子模型示意圖
對于盧瑟福的這個原子模型上,玻爾也再一次發(fā)現(xiàn)經(jīng)典力學的蒼白。
于是玻爾得出結(jié)論:這里需要拋棄的不是盧瑟福模型,而是經(jīng)典物理對它的解析。
很明顯“只有量子假說才是逃脫困境的唯一出路”。
所以在1913年,玻爾也提出了自己的新模型,引入了電子在核外的量子化軌道,解決了原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題。
玻爾原子模型的簡單示意圖
雖然那時的量子論已誕生十幾年,但玻爾模型還是因不符常規(guī)思維,遭到眾多保守物理學家的激烈反對。
這其中J.J湯姆森就是最大的反對者之一,甚至還說“這根本就不是物理,只為掩蓋無知罷了”。
但是無論再多的反對也無法阻礙科學的發(fā)展。
從玻爾的新模型一出,也越來越多的物理新秀加入原子物理學領(lǐng)域。
那時玻爾的原子理論才剛起了個頭,量子世界還有著許多亟待解決的難題。
1921年,拒絕了恩師盧瑟福的工作邀請,玻爾決定創(chuàng)建哥本哈根大學理論物理研究所,繼續(xù)深入研究量子力學。
而研究所一成立,玻爾的人格魅力很快就像磁場一樣,吸引了一大批杰出的青年物理學家。
哥本哈根學派的量子力學大咖們
海森堡、泡利、玻恩、狄拉克等量子力學大咖都出自這個研究所,這也就是舉世聞名的“哥本哈根學派”。
除了波爾外這個研究所更是出了9位諾貝爾獎物理學獎獲得者,盛況空前。
到現(xiàn)在,哥本哈根仍是物理學家的“朝拜圣地”。
玻爾、海森堡、泡利
如果說,在科學上一個人沒取得的成就,在未來肯定也會有另一個人代替他成功。
但是玻爾創(chuàng)造的“根本哈根精神”,卻是無法復制的存在。
這是一種在切磋中提高,在爭論中完善,平等無拘束地討論和緊密合作的學術(shù)氣氛。
通俗點表達,就是要在辯論中,推動量子力學的發(fā)展,非常符合玻爾的個性與主張。
玻爾參加的辯論無數(shù),一個理論就能跟別人辯上個好幾年,甚至是一生。
就是與自己的徒弟海森堡在“互補原理”上就爭論了兩年,即使到最后答案都無法完全統(tǒng)一。
海森堡就曾這樣形容玻爾:“他在爭論的對手面前不肯退后一步,而且有絲毫的含糊不清,他都不能容忍?!?/p>
不過說起辯論,玻爾的一生之敵非愛因斯坦莫屬。
愛因斯坦與玻爾分別是相對論和量子力學最出名的一對天(C)才(P)。
從他們1920年第一次見面起,兩人在認識上就發(fā)生了分歧。
之后兩人便開始了終身論戰(zhàn),只要一見面必有掐架要發(fā)生。
“玻爾,上帝不擲骰子!”
“愛因斯坦,別去指揮上帝應該怎么做!”
這句經(jīng)典的對話,便是這場論戰(zhàn)的開端與往后爭論的核心。
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愛因斯坦的相對論雖推翻了牛頓的絕對時空觀,但是卻仍保留著嚴格的因果性和決定論。
他認為物理學是有規(guī)律可循的,這也就是“上帝不會擲骰子”。
但是玻爾派的量子力學卻更為激進,推倒經(jīng)典物理的同時,還宣稱人類并不能獲得確定的結(jié)果,認為世界都是概率存在的。
所以才會有那句,“愛因斯坦,別去指揮上帝該做什么?!?/p>
1927在第五屆索爾維會議上,兩人的火藥味就濃得要嗆到當場的幾十位世紀最強大腦。
那段時間的每天清早,愛因斯坦都會向玻爾拋出一個昨天晚上冥思苦想出來的思想實驗,想要揭露量子力學的內(nèi)部矛盾。
第五屆索爾維會議,20世紀智商最高的合照
而玻爾幾乎每次晚飯前后,都能把自己的解釋拋回給愛因斯坦,讓他無法反駁。
如此反復多次,直到索爾維會議結(jié)束,愛因斯坦都沒能駁倒玻爾。
就算越來越多人開始投向玻爾派的量子論,但這個“頑固的老頭子”(愛因斯坦語)卻“決不放棄連續(xù)性和因果性”。
愛因斯坦也不是省油的燈,沉淀了3年,第六屆索爾維會議上,愛因斯坦就帶著他策劃已久的“光子箱”思想實驗上陣了。
他從自己的質(zhì)能方程(E=mc)出發(fā),企圖駁倒能量-事件不確定性原理(△E△t≥/2)。
光子箱構(gòu)思圖
愛因斯坦精心策劃的“光子箱”一出,馬上殺了玻爾個措手不及。
當時玻爾的反應雖沒有歷史記錄記載,但走出會場后的玻爾卻一直在喃喃自語:“如果愛因斯坦是對的,那么物理學就完了!”
然而玻爾回去抓了一晚上頭皮,第二天就給出了愛因斯坦有力的一擊。
他運用愛因斯言相對論的紅移效應,反過來用光子箱推出了不確定性原理。
這招“以彼之道還施彼身”的巧妙做法,讓愛因斯坦當時也不得不口頭承認量子力學的正確性。
在這之后,愛因斯坦的一生都在嘗試駁倒玻爾,但他也從未得逞過。
而玻爾的理論雖然一直占上風,但他卻無論如何都無法說服愛因斯坦。
這兩位20世紀最偉大的科學家,就這樣一生都未曾停止過相愛相殺。
就算愛因斯坦逝世后,已少有人能與玻爾爭論,但在玻爾心中他與愛因斯坦的爭論仍在繼續(xù)。
1962年,玻爾去世時,他工作室的黑板上,仍然畫著當年愛因斯塔光子箱的草圖。
不過就算他們終生都在爭辯,但卻絲毫不影響兩人的友誼。
玻爾曾這樣評價與愛因斯坦的爭論,認為這是自己“新思想產(chǎn)生的源泉”。
而愛因斯坦則也這樣評價玻爾:“他將大膽和謹慎兩種品種難得地融合,無疑是我們科學領(lǐng)域最偉大的發(fā)現(xiàn)者之一”
愛因斯坦與玻爾
人類社會中,可能幾百年才能出一個像愛因斯坦的天才。
但是,如玻爾這般敢于挑戰(zhàn)權(quán)威,又不斷在鞭策中前進的人物,亦必不可少。
無論誰離開了誰,這條量子銀河都會變得黯淡無光。
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