上帝掷骰子吗--量子物理史话

曹天元（Capo），出生于上海，足迹遍历内地、香港和美国，现居香 港。本人不愿透露具体身份。 序 如果要评选物理学发展史上最伟大的那些年代，那么有两个时期是 一定会入选的：17世纪末和20世纪初。前者以牛顿《自然哲学之数学原 理》的出版为标志，宣告了现代经典物理学的正式创立；而后者则为我 们带来了相对论和量子论，并最彻底地推翻和重建了整个物理学体系。 所不同的是，今天当我们再谈论起牛顿的时代，心中更多的已经只是对 那段光辉岁月的怀旧和祭奠；而相对论和量子论却仍然深深地影响和困 扰着我们至今，就像两颗青涩的橄榄，嚼得越久，反而更加滋味无穷。 我在这里先要给大家讲的是量子论的故事。这个故事更像一个传 奇，由一个不起眼的线索开始，曲径通幽，渐渐地落英缤纷，乱花迷 眼。正在没个头绪处，突然间峰回路转，天地开阔，如河出伏流，一泄 汪洋。然而还未来得及一览美景，转眼又大起大落，误入白云深处不知 归路……量子力学的发展史是物理学上最激动人心的篇章之一，我们会 看到物理大厦在狂风暴雨下轰然坍塌，却又在熊熊烈焰中得到了洗礼和 重生。我们会看到最革命的思潮席卷大地，带来了让人惊骇的电闪雷 鸣，同时却又展现出震撼人心的美丽。我们会看到科学如何在荆棘和沼 泽中艰难地走来，却更加坚定了对胜利的信念。 量子理论是一个复杂而又难解的谜题。她像一个神秘的少女，我们 天天与她相见，却始终无法猜透她的内心世界。今天，我们的现代文 明，从电脑，电视，手机到核能，航天，生物技术，几乎没有哪个领域 不依赖于量子论。但量子论究竟带给了我们什么？这个问题至今却依然 难以回答。在自然哲学观上，量子论带给了我们前所未有的冲击和震 动，甚至改变了整个物理世界的基本思想。 它的观念是如此地革命，乃至最不保守的科学家都在潜意识里对它 怀有深深的惧意。现代文明的繁盛是理性的胜利，而量子论无疑是理性 的最高成就之一。但是它被赋予的力量太过强大，以致有史以来第一 次，我们的理性在胜利中同时埋下了能够毁灭它自身的种子。以致量子 丝毫不爽。根据实验数据，赫兹得出了电磁波的波长，把它乘以电路的 振荡频率，就可以计算出电磁波的前进速度。这个数值精确地等于30万 公里/秒，也就是光速。麦克斯韦惊人的预言得到了证实：原来电磁波 一点都不神秘，我们平时见到的光就是电磁波的一种，只不过它的频率 限定在某一个范围内，而能够为我们所见到罢了。 无论从哪一个意义上来说，这都是一个了不起的发现。古老的光学 终于可以被完全包容于新兴的电磁学里面，而“光是电磁波的一种”的论 断，也终于为争论已久的光本性的问题下了一个似乎是不可推翻的定论 （我们马上就要去看看这场旷日持久的精彩大战）。电磁波的反射、衍 射和干涉实验很快就做出来了，这些实......