跟上帝打一把麻将

冯八飞，对外经贸大学外语学院德语系教授、北京外国语大学博士、柏林洪堡大学博士后、洪堡大学语言与语言学系博导、德国语言研究院国际科学家委员会委员、中国认知语言学会常务理事，曾出版《沉浮莱茵河》《永远的白玫瑰》《大师的小样》等作品。

爱因斯坦的相对论如日中天，可另一场席卷物理学的大风暴却起于青萍之末。在德国北面，一群更年轻的物理匪徒云集丹麦哥本哈根，匪首为玻尔（1885—1962）。他比爱因斯坦小七岁，其他人更小，甚至还有硕士生。这群嘴上没毛的小子戏剧性地修正了物理史前进的轨道。他们理论一个小小的副产品是半导体，而半导体的后果是计算机。从这个意义上说，他们是比尔·盖茨的金主。

该股土匪创立了哥本哈根学派，其理论叫量子力学。

量子力学源于量子论。量子论其实并非一种理论，而是与牛顿和麦克斯韦所代表的经典物理学完全不同的一种思想，它强调世界不是连续的，就是说世间万物包括人、狗、能量、运动和时间，都不能无限细分，都有不可分割的最小单位。例如运动，一个电子从A点运动到B点，可以不经过A、B之间的任何地方，就是说，它可以瞬间从北京到达上海。微粒可以瞬间移动，凭空出现，凭空消失，此即量子效应。量子论运用到力学研究，结果即量子力学。

咱们说过爱因斯坦是典型的山高人为峰，但量子力学却是他一生都未能跨越的高峰。玻尔算爱因斯坦晚辈，因此很多人认为量子力学出现于爱因斯坦的狭义相对论之后。其实不确。量子力学奠基于爱因斯坦相对论诞生之前。普朗克提出量子论基本思想时爱因斯坦刚从ETH大学毕业，还在瑞士到处找饭碗。1900年12月14日普朗克在德国物理学会提出惊世骇俗的假设：物质辐射的能量E不是连续的，物质辐射或吸收的能量只能为最小能量单位hv的整倍数。此即量子假说。普朗克称这个hv为“能量子”，简称量子，英文为“quantum”，原意“小块儿”或“一截儿一截儿的”。

到底是啥子意思嘛？

普朗克之前，大家都认为物体的运动是连续的，这种连续性是牛顿物理学的基础。例如我们开汽车，时速总是从0公里到10公里到20公里……最后到100公里，从来没有哪辆汽车能够直接从0公里蹦到100公里。2014年世界上加速最快的汽车是雪佛兰的Dagger GT，从0公里到100公里只需要1.5秒，但就是这辆牛车，它也是从0到10到20公里……最后到100公里的，只是之间仅耗时1.5秒而已。同理，水的流动也是连续的。孙悟空本事那么大，但花果山水帘洞的瀑布也是连续流的，从来没一截儿一截儿地流过。

如果运动是连续的，那它就可以无限细分，永不间断。可是一千多年前，这个论断就提前遭遇了古希腊哲学家芝诺提出的“阿喀琉斯悖论”。

话说阿喀琉斯是希腊神话中跑得最快的英雄，有天他遇到一只乌龟，这只狂妄的乌龟居然说阿喀琉斯追不上它。阿喀琉斯以为乌龟吃他的豆腐，大笑说：我就是慢跑，速度都是你的10倍，会追不上你？乌龟说：就算你速度是我的10倍。那么假设你离我100米，现在你来追我，你跑到我现在的位置，就是100米，这时我已经向前跑了10米了;等你又追了10米的时候，我又跑了1米了，等你再追1米，我又跑了十分之一米了……总之，虽然你的速度是我的10倍，但你只能无限接近我，却永远都追不上我。

任何人都知道阿喀琉斯很快就能追上乌龟，但有趣的是，大家却怎么也驳不倒这只乌龟。之所以驳不倒，就是因为我们认为世界上所有运动都是连续的，可以无限细分下去。

但是，到了原子以下的微观世界，事情就起了变化，物质的能量可以不再是连续的，而是一截儿一截儿的！

What？ Are you joking？

您没听错，这并非玩笑。这个结论的来源，是物理学史上著名的“紫外灾难”难题。这是当时牛顿物理学的两个练门。

19世纪后半叶，牛顿物理学在解释地球上的物理现象时获得巨大成功，当时公认物理学已臻完美，不可能再发现重大物理理论了。德国最伟大的物理学家普朗克因此差点变成音乐家。普朗克是北德基尔人，幼时音乐和文学天赋惊人，不幸上中学时听物理老师缪勒讲了个故事。缪勒在说明能量守恒时说，我们修房子时花了很大力气把砖搬到屋顶，放稳后走了，但我们做的功却没消失，而是变成能量贮存在砖里面。当砖风化松动掉下来砸到我们脑袋时，能量又被释放出来，所以我们会被砸得头破血流。

此即能量守恒。

故事改变世界，小普朗克被这个神奇的故事带离了音乐和文学。他1874年进入慕尼黑大学，三年后去柏林洪堡大学听著名物理学家亥姆霍兹和基尔霍夫的课。他晚年回忆说，两位学者的人品和治学态度对他影响至深，但课都很无聊。于是，他自学克劳修斯的名作《力学的热理论》，发誓要找到新的物理学定律。看官须知，当时物理学已非显学，普朗克想跟慕尼黑大学物理教授若利学习，结果若利说：“物理学中的一切都被研究透了，只剩一些无足轻重的缝隙”。1900年4月27日，发现“开尔文温标”和绝对零度的英国物理学家开尔文（1824—1907）在伦敦阿尔伯马尔街皇家研究报告20世纪物理学展望，他说的话成为所有物理学史必提的著名论断：“物理学大厦已经落成，所剩的只是一些小修饰。”不过，开尔文在屁股后头搞了一句：“在物理学晴朗的天际，还有两朵令人不安的小小的乌云。”

这两朵“小小的乌云”，即牛顿物理学始终无法解释的两个实验：迈克尔森的以太实验和黑体辐射实验中的“紫外灾难”。开尔文的屁股很快被证明为物理学史上最丰满的屁股，因为，这两朵“小小的乌云”不仅很快变黑，而且迅速占领整个物理学天空，最终把牛顿物理学推落云端。

以太实验咱们已经说过，迈克尔森以生命完成了这一实验，而最后爱因斯坦的相对论一剑封喉，彻底结果以太。

彻底结果“紫外灾难”的，即普朗克。

看官须知，按物理学，世界上所有东西其实并无颜色，一个物体是白色，是因为它反射了所有频率的光波，一个东西是黑色，是因为它吸收了所有频率的光波。物理实验使用的标准“黑体”是个空心球，其内壁涂了强烈吸引辐射的涂料，上面只开一个小孔，从小孔射进去的光线既无法穿出小球，也不会反射出来，所以这个小孔看上去就是绝对黑色。此即物理学定义的“黑体”。

那么，它又为什么成为完美牛顿物理学天空中“一朵小小的乌云”呢？

因为，当时物理学家发现，如果使用牛顿物理学公式，实验时小球内的辐射强度会无限增大，而实验得出的数据并非如此。这事儿无论大家如何努力，就是找不到合理解释。这些公式得出荒谬结果都落在波长较短的紫外区，因此这个问题被物理学界称为“紫外灾难”。

1896年普朗克开始研究热辐射，1900年10月，开尔文做出以上断言后半年，他在《德国物理学会通报》发表三页的论文《论维恩光谱方程的完善》，提出完全符合实验结果的“黑体辐射经验公式”。12月14日，他在德国物理学会例会上做报告《论正常光谱的能量分布定律的理论》，德国物理学界顿时汤浇蚁穴，因为普朗克说，要解决“紫外灾难”，只能假设物体在辐射或吸收能量时并非连续进行，而是一截儿一截儿地，就像买水果糖，最少也只能一块儿一块儿地卖，没见过半块儿或者四分之一块地卖的。

普朗克把这块水果糖称为“能量子”，简称“量子”，其方程式为：

E=hv

E是辐射光波的能量，v是辐射光波的频率，而h被普朗克称为“基本作用量子”，它描述了量子的大小，现通称“普朗克常数”。普朗克常数h = 6.626196×10^-34J·S。这是现代物理学最重要的常数，它打破了牛顿物理学“一切自然过程都是连续的”这一神话，深刻揭示宇宙的非连续本性，牛顿物理学这只毛毛虫借普朗克常数一朝羽化为美丽精灵的现代蝴蝶。这个方程式立斩黑体辐射实验所有问题，“紫外灾难”烟消云散，普朗克就此成为德国最伟大的物理学家。

同时，量子论轻松化解了芝诺的“阿喀琉斯悖论”。因为，量子论证明世上一切并非连续，因此就不能无限细分，包括时间和空间。我们现在知道最小的长度就是普朗克长度，而最短的时间就是普朗克时间。

这是啥子意思？

意思就是，长度不能无限细分下去，它的最终单位即“普朗克长度”。普朗克长度有多长？就是1后面加33个零分之一厘米！我们这些物理盲连零都数不清楚。反正就是很短。

阿喀琉斯之所以能够轻松追上乌龟，正是因为普朗克长度。乌龟细分长度到普朗克长度时到了头儿，就像跑进了死胡同，只能停止，于是，阿喀琉斯在这里追上了它。

物质的连续性，只是人类的一种美好想象。

有意思的是，普朗克长度如此惊世骇俗，就连发现者普朗克本人也不相信。他自己评论“这是个纯形式假设，我那时完全没拿它当回事儿”。量子论名家海森堡后来说：“普朗克的世界观超级保守，他无法咽下这个结果”。量子论出现后的十四年里，它最坚定的反对者是其发现者普朗克！他说：“光量子理论不是后退了几十年，而是后退了几百年。”在这十四年中，普朗克绞尽脑汁想把普朗克常数收归牛顿物理学。物理名家洛伦兹等在几年后仍将普朗克常数设为零，这样整个公式就符合牛顿物理学了。

可普朗克明白，普朗克常数肯定不是零，否则他早就收回这个方程式了。

普朗克断然否定量子论五年后，却意外得到了一支伟大的同盟军——爱因斯坦。这个瑞士专利局小公务员从伯尔尼声援普朗克说，光也是一截儿一截儿的！他把这些小截儿称为光量子，光电效应因此得到圆满解释。1909年爱因斯坦进一步提出光的波粒二重性，即光既是一段连续的光波，又是各自独立的一小粒儿一小粒儿的粒子。欧洲物理学家集体崩溃。因为，牛顿物理学认为，世上万事万物，包括人和光线，要么是波，要么是粒子。波是一段连续不断的空间波动，而粒子是一个个超微实体，它们不可能是一回事儿。当时欧洲物理界没人能接受光既是连续不断的，又可以划分为一些小粒儿。这实在太违反人类日常经验了。只要开关没关，灯光都是连续的，谁见过夜空中的探照灯光柱是一截儿一截儿的？

不过，咱们都知道，距离光源越远，光线就越弱，距离增加一倍，光源亮度会变成四分之一，即亮度与距离成反比。循此推论，如果星光是连贯不断的，它在夜空中均匀传播时就会随着距离的增加而越来越暗，当它穿过遥远的太空到达地球时，其亮度早就暗得我们根本看不见了。可是，我们仍然能看到星星（即遥远星体发出的光），其原因正是因为光线不是连续的！光子不是连续的波，而是一截儿一截儿地以微粒子形式在太空传播，它们到达地球时仍然是完整光子，所以，我们才能看见星星。

这个骇人听闻的论点不仅欧洲物理学界不信，爱因斯坦自己也拿不稳，直到1911年他还感叹：“至于这些光量子是否确实存在过，我不再过问了，我也不再设法去解释它们，因为我明白，我的大脑无法完全弄懂它。”很多年后他说：“虽然我思考‘光子到底是什么这个问题超过50年，可我从来没感觉自己接近过答案”。

然而，就在爱因斯坦也准备放弃的1911年，他也得到了强大的援军——新西兰物理学家卢瑟福（1871—1937）。虽然二千多年前古希腊哲学家留基伯就提出“原子”这个概念，但直到1911年卢瑟福才做出了原子模型。它看上去很像咱们的太阳系：原子内部大部分是空的，中间是原子核，体积虽小，但质量很大并带正电荷;带负电荷的电子则围绕原子核运动。

这个天才模型一出生便差点夭折：它遇到了牛顿物理学的麦克斯韦电磁理论。按这个理论，当电子围绕原子核运动时，正负电荷会相互吸引靠近，同时释放能量，于是原子的能量会越来越小，而电子最后会落到原子核上消失，因此，按照卢瑟福的原子模型，所有的原子存在不会超过一秒钟。

这是啥子意思？意思是，所有原子一秒钟之后都会消失，所以，世界根本不会存在，更甭说人了。这显然无法自圆其说，因为咱们显然是存在的，否则谁来提出这个愚蠢的问题呢？

这时，束手无策的卢瑟福也获得了援军——一个足以媲美爱因斯坦的丹麦天才，玻尔！玻尔父亲是生理学家，曾获诺贝尔奖提名。1911年，26岁的玻尔到英国师从卢瑟福。他敏锐地意识到，能够解释宏观物理现象的麦克斯韦电磁理论对微观世界的粒子如原子和电子等不一定有效。1913年，他套用普朗克量子假说做出一个原子模型，提出原子光谱线不是连续不断的，而是一截儿一截儿的，因此，电子围绕原子核旋转时不是连续不断的，而是呈间断梯度变化的，就像咱们走楼梯，总是一个台阶一个台阶向上迈，从没有哪一步踏在两个楼梯之间的。电子也一样，它无法出现在原子里的两个楼梯之间，因为电子运动的轨迹是间断的，不是连续的。在能量最低的轨道上，电子等于是在“平地”上运行，获得能量后它就向上攀登一个阶梯，在新的轨道上运行，而这两个轨道之间没有联结，就像楼梯台阶一样，是间断的。如果能量耗尽，它就又跌落到平地上。这种升升降降在量子力学中称为“电子跃迁”。正因为量子是一截儿一截儿的，才能有电子跃迁，也正是这样，原子才能达到平衡，不会在一秒钟之后消失。

这样，才有的世界，和我们这些吃饱了没事儿干写文章玩儿的人。

玻尔这个理论实在匪夷所思，让他顿时成为世界物理学界的匪类。他的剑桥导师约瑟夫·汤姆森拒绝评论他的发现，有的物理学家在课堂上说“如果物理现象只能用量子论来解释，那我宁愿沉默”，还有的物理学家干脆宣布，如果量子论正确，他们将就此金盆洗手，从物理学江湖隐退，连本身就是物理学土匪出身的爱因斯坦也相当不以为然。

可是，对原子辐射光谱线的实验观测很快证实了玻尔的理论，昨天还是千夫所指的土匪，第二天早上一起床，发现整个世界都匍匐在自己卧室门外。胜利来得如此之快，让这个胜利者根本没时间品尝胜利的快乐：他对自己如此轻易地赢得整个世界非常茫然。他的恩师卢瑟福希望他领导曼彻斯特大学的物理学，但玻尔选择回到物理学贫困地区哥本哈根，一手把哥本哈根大学建成现代物理学重镇，创立著名的“哥本哈根学派”。他充满活力和学术自由的研究精神，在物理学史上被称为“哥本哈根精神”。21世纪的纳米技术和激光盖棺论定证实量子论：爱因斯坦错了，玻尔是正确的，虽然他获得诺贝尔奖名义上比爱因斯坦晚了一年。

顺便说一句，正是这个卢瑟福，后来在剑桥大学卡文迪什实验室工作时将50毫克放射性实验镭赠送中国访问学者赵忠尧。赵忠尧回国后带回清华大学，8年抗战时期日军进入北京，清华大学紧急撤退长沙，独处危城的赵忠尧第一念头不是赶紧逃命，而是专程请梁思成开私车冒生命危险横穿京城进入清华大学抢出这50毫克镭，然后在一个多月中徒步3千里，从北京走到长沙，一路上要饭为生，蓬头垢面浑身虱子回到清华大学，为中国保住了这50毫克镭。

中国抗战8年，死亡1千多万，惨胜日本，是因为有无数赵忠尧这样今天我们根本没听说过的伟大英雄。

玻尔虽然认识到电子运动轨道不是连续的，但他还未完全摆脱牛顿物理学的窠臼，他仍然认为电子有确定的运行轨道。1922年夏天玻尔到德国哥亭根大学做了7场学术报告，当时还是博士生的二愣子海森堡当场站起来反驳玻尔，俩人争得面红耳赤，结果是海森堡直接变成玻尔的博士生，与泡利一起成为量子理论哼哈二将，哥本哈根学派的代表人物，那时他在哥本哈根吃玻尔喝玻尔，经常住在玻尔家里，被全城目为玻尔“家人”。

正是海森堡（1901 —1976）发现了量子力学。当时他正在德国赫果兰岛上疗养，夜里3点，当计算成果出来时，他完全被自己吓到了。当大家还在殚精竭虑寻找电子运动轨道时，海森堡彻底放弃了这个轨道。1925年7月，他在《物理学杂志》发表论文，直接用矩阵量子方程代替牛顿力学方程，此即后世之“矩阵力学”。矩阵力学一刀拿下电子运动轨道，结果不仅整个物理学界大哗，连量子论先行者之一的爱因斯坦也多次质问海森堡。他实在无法接受原子核中有电子在运动，可这个电子却没有运行轨道！物理实验明明已经观测到电子运动的轨迹，怎么可能有轨迹却没轨道呢？

此时爱因斯坦已获诺贝尔奖，相对论如日中天，但物理学新教皇爱因斯坦的怒斥并没有吓倒海森堡。在进一步的研究中他发现，通常物理实验观察到的“电子轨迹”并非真正的轨迹，而是一系列电子运动形成的水滴形状，这其实正是电子运动时一系列不连续、不确定的位置。所以，电子的速度（动能）和位置，无法同时测准。

此即量子力学中最重要的原理之一——测不准原理。正是这个原理让量子力学成为牛顿物理学的死敌。

该理论是这样的：人类日常生活常识是，如果能测出一辆法拉利跑车的速度是多少公里，那你当然也就同时知道这辆跑车在什么位置。海森堡却说，在微观世界中不是这样！在原子以下的微粒子世界中，微粒子（比如电子）的重量（质量）非常小，极其微小的能量也会造成其运动速度陡然加快，因此，一个微粒子的位置和速度不可能同时测准，而且，其中一个测得越准，另一个就越不准。

是的，真不是玩笑。其原因很简单：我们测定微粒子时必须用另一个微粒子去测，而这个微粒子会推动被测的那个微粒子。如果我们想测定一个电子的位置和速度，我们拿什么去测？我们只能用光子去测。可光子测量电子时，它必须接触电子才能完成测量，在接触过程中光子的一部分能量必然打到电子上，这样，电子的速度就会加快。为避免电子跑得太快造成测量失败，就不能让光子携带太多能量，可这样光子波长就会变长，往返时间随之变长，而被测的电子在不断运动，它在光子把信息传回给观测者的这短暂时间内又移动了位置，所以，如果我们想测准电子的速度，我们就测不准它的位置;而如果我们想测准电子的位置，就测不准它的速度。

玻尔和海森堡对量子论的解释，即物理学史上著名的“哥本哈根解释”。它认为电子波就是电子被发现的百分比。哥本哈根解释，是量子力学标准解释。玻尔与海森堡，是物理学中最伟大的一对师生之一。

然而，这对师生最后却分道扬镳。

因为希特勒！

1940年4月9日，纳粹坦克辗过德丹边境，弱小的国王被迫接受最后通牒放弃抵抗，德军兵不血刃，丹麦当天沦为德国“保护国”。德军进城后很快光临玻尔物理研究所，一台由洛克菲勒基金资助的崭新回旋加速器被列入德国“铀俱乐部”清单。看官须知，该俱乐部并不提供美酒美女，它只提供一道无人能够消化的大餐——原子弹，所以需要这台加速器。

玻尔的亲学生海森堡，即这个俱乐部的重要成员。

其实，纳粹上台后，德国种族主义物理学家斯塔克于1937年发起清洗“白色犹太人”运动，其中一个目标就是海森堡。白色犹太人指血统非犹太人，却具有犹太思想的白人。地道的思想犯。一时之间，海森堡看上去在劫难逃。不过，纳粹盖世太保头目希姆莱跟海森堡是慕尼黑同乡，两人母亲是朋友，于是一封海森堡的信通过两个母亲送到希姆莱手中，后者立刻出手干预。在其后进行的严格政审中，审查官里又有一个海森堡的学生。天无绝海森堡之路。1年后（1938）海森堡通过第三帝国政审，平反，重用。再过不到一年（1939年9月1日）纳粹入侵波兰，第二次世界大战爆发，对纳粹重用感激涕零的海森堡立刻应征入伍，非常重视人才的纳粹立刻安排他进入“铀俱乐部”，负责研究原子弹。

1941年9月，海森堡莅临哥本哈根。

此时希特勒北面控制丹麦、挪威、瑞典，南边搞定南欧，势力直到北非，西线全面拿下荷兰、卢森堡、比利时和法国。1941年6月22日，纳粹已经实施“巴巴罗萨计划”攻入苏联，苏军崩溃，德军兵临莫斯科城下。

海森堡到达哥本哈根的气场，可想而知。

他首先在德国文化研究所演讲，书面邀请玻尔参加。看官须知，丹麦算是被德军“和平解放”的，所以德军刚开始很克制，连丹麦犹太人都不骚扰，但对丹麦这个骄傲的海盗民族而言，“和平解放”就是占领！玻尔因此从不参加德国组织的活动。所以，海森堡演讲邀请玻尔，其实已是对丹麦和玻尔的极大冒犯，玻尔当然不会出席。海森堡却在演讲一开始就表示非常遗憾玻尔没来，话说得很客气，但玻尔是他伯乐加恩师，按辈分和情谊，在这种场合说这种话，严重些说就算欺师灭祖。

玻尔毫不示弱，立邀海森堡到玻尔研究所面谈。

这是物理学史上最罗生门的师生谈判。遥想当年（1927）海森堡在哥亭根当众顶撞玻尔，其结果是他们变成了师生，而14年后他俩再次针锋相对，其结果是他们变成了不是师生。事后大家打听他们谈了什么，玻尔只说了一句话：“谁都有权爱自己的国家。”

玻尔的意思是，海森堡有权爱德国，而他有权爱丹麦。现在德国占领丹麦，海森堡贵为占领军显要，但他玻尔仍然有权爱丹麦！

列位看官，这是我的解释。因为当天会谈只有他俩，并无文字记录，且二战后师生两人对会谈内容至死讳莫如深，因此，为还原这次会谈，就得再来一回“哥本哈根解释”。玻尔1962年逝世后，苏联的《物理科学的成就》出纪念专刊，苏联诺贝尔物理学奖得主塔姆在《前言》中说，玻尔1961年访苏时对他说过，当时海森堡向玻尔夸口德国造出原子弹指日可待，希特勒征服世界只是时间问题，因此所有物理学家都应该赶快在希特勒面前“挣表现”，以保性命和饭碗。

玻尔是半个犹太人，海森堡来访让他明白丹麦无法独善其身。1943年9月玻尔出逃瑞典，一个月后纳粹开始大规模迫害丹麦犹太人。玻尔从瑞典乘丘吉尔亲自派出的蚊式轰炸机逃到英国，然后再逃到美国，其后参加研究原子弹的“曼哈顿计划”。

这对情同父子的师生，不仅就此陌路，而且各为其主展开原子弹研究百米竞赛。与1927年那次争论不同，这次得胜的是老师。两年后德国战败，海森堡于1945年5月被美军特别行动组抓捕。有趣的是，海森堡在监狱里得知美国已造出原子弹时，他根本不相信，认为这是美国的战争宣传。

因此，拜托不要再跟我说“科学家没有国界”这类正确的废话。

他们有。

然而，海森堡也并非量子论最后一位大师，他提出“测不准原理”后的1923年，法国物理学家德布罗意（1892—1987）横空出世。这德布罗意是巴黎声名狼藉的花花太岁，1919年，27岁的他突然慨别酒池肉林百花丛，义无反顾踏入物理研究的广袤森林，而且出手就是当时最热门的争议：物质的波粒二重性。

咱们都知道世界上所有东西都可以越分越小，最后分为原子核、电子、中子、质子等等微粒子。因此，说物质是粒子，大家没争议。问题是，物质怎么会是波呢？在德布罗意提出“物质波”之前，人类天经地义的概念是：一个东西要么是波（如光），要么是粒子（如人），波不可能是粒子，就像人不可能是光。

可是，到了德布罗意这儿，波不仅可能同时又是粒子，而且它就是粒子。这个思想居然来自量子论死敌爱因斯坦的相对论。德布罗意说：粒子都具有重量（质量），按相对论，质量即能量，而有能量必有频率，有频率必有脉动，因此，粒子都有脉动。

脉动，就是波！

德布罗意的论证很复杂，不是我这种物理盲说得清楚的，但他的结论很清楚：当我们看不见电子时，它就是一道波，在空间中弥漫，当我们看见波时（即当光照到电子上时），电子的波即刻坍塌，形成一个“尖峰”，集中于一个点，于是我们看见的电子看上去就像一个粒子。此即电子的波粒二重性。电子波在空间高速弥散，形成一团“电子云”，我们只能大概知道电子位于这团“电子云”之中，但并不知道其确切位置，只能说在A点发现电子的可能性是30%，在B点是70%。玻尔认为这完美地解释了电子的“波粒二重性”。

从1900年普朗克发现能量是一截儿一截儿的，到1909年爱因斯坦发现光的“波粒二重性”，到1923年德布罗意发现电子的“波粒二重性”，粒子（物质）与波的任督二脉，终于被德布罗意天才地在爱因斯坦的相对论这儿彻底打通。也就是说，不仅光是波（牛顿提出），而且世界上一切物体都是波，因为物质（粒子）就是波。

这可以说是相对论之后物理学最惨无人道的成果。如果该理论正确，岂不是人可以变成一道光飞走？那岂非人人都是孙悟空？孙悟空是文学虚构，但物质就是波，居然还是事实，居然所有物质，包括我们人的身体，都具有波动性。所有人体内都有波。

不过，列位看官其实也不用担心，我们肯定不会变成一道光飞走，即使我们愿意。因为人体内的波跟光波不是同样的波。

不过，德布罗意还不是量子力学的最后工程师。那个工程师名叫薛定谔。此人堪称最疯狂的物理大师。1926年薛定谔找到物质波运动方程，量子力学这才功德圆满。

奥地利物理学家埃尔文·薛定谔（Erwin Schrodinger，1887—1961）于维也纳大学获博士学位后留校，1920年到德国耶拿大学协助维恩工作，次年受聘瑞士苏黎世大学数学物理教授，在那里工作6年，薛定谔方程即源于这一时期。

薛定谔方程是量子力学最重要的方程，其地位类似经典力学中的牛顿定律，它完美解决所有相对论无法解决的微观物理问题，广泛运用于原子、分子、固体物理、核物理和化学等领域。该方程的主要贡献在于用一个波函数（表示波动的函数）描述了电子运动状态。如前所述，这个波不是普通的波，而是一个按照百分比变化的波。我不是搞物理的，说不清楚这个方程，但它的基本意思是：在宏观世界中我们知道汽车的速度就能知道汽车的位置，但在原子核以下的微观世界中，我们只能说，按照这个速度，这辆微粒子汽车出现在某一位置的可能性是百分之多少。

薛定谔方程无疑是薛定谔对世界的最大贡献，但薛定谔威震物理江湖，靠的却是那只神鬼莫测的“薛定谔的猫”。这是他为说明薛定谔方程想出来的一个假设，该假设让所有精神正常的读者无一例外统统发疯。

大家还记得海森堡的测不准定律：在原子核中，电子可以几乎同时位于“电子云”中几个不同的位置，直到它被观测到的那一刻，才确切地出现在一个位置，即它被观测到时那一刻所处的位置。举个例子，你到我家做客，推门进屋后并不知道我在哪里，我可以在客厅、书房、餐厅、厨房、厕所、卧室等任何地方，直到你在客厅看见我的那一刻，我才“突然出现”在客厅，当然，我也可以“突然出现”在书房或厕所马桶上。在你看见我的那一刻之前，你根本无法确定我在什么位置，就像我可以穿透墙壁在家里四处游荡一样。

“薛定谔的猫”讲的是同一回事：把一只猫放进一个不透光的盒子里，盒子里有一个放射性原子核和一个毒气玻璃瓶。大家知道放射性原子核的衰变没有固定周期，完全是概率性的，就是说衰变可能发生在下一秒钟，或一年后，或一万年后，只要我们没看见它发生衰变，就永远不能确认它是否已经衰变。

现在我们假设盒子里的放射性原子核一小时之内有50%的可能性会衰变，衰变时它将发射出一个粒子，而这个粒子会打碎毒气瓶，毒气溢出杀死猫。如果原子衰变了，毒气瓶被打破，猫就死了。如果原子没衰变，那猫就仍然活着。

您至今为止还没疯吧？

这并不证明您神经强大，因为这个故事至此是正常的。

令人发疯的是这个故事的后半截：

问题在于，猫到底死了没死，只有我们打开盒子看的那一刻才能确认，既不是在打开盒子之后，而且居然也不在打开盒子之前！

在人类世界中，我们打开盒子之前，盒子里的猫只有两种可能性：死了，或者没死。但在量子论中，根据薛定谔方程，这只可恶的薛定谔猫处于一种“死”与“活”的叠加态。原子核既是已衰变的，又是未衰变的;毒气瓶既被打破了，又还未被打破;猫既是死的，又是活的;它既不是活的，也不是死的。我们只有在揭开盖子的那一瞬间才能确认薛定谔的猫到底是死是活。于是，按照量子论，在没打开盒子之前，薛定谔的猫处于“死/活叠加态”，就是说，这只可恶的猫已经死了，但同时还活着！只有等到我们打开盒子看它一眼那一刻，这种叠加态才突然结束，于是，我们的这一眼决定了薛定谔猫的生死。

这才叫眼神杀人。或者杀猫。

薛定谔的猫的巧妙之处在于通过“检测器—原子—毒药瓶”的因果链串联了铀原子的“衰变/未衰变叠加态”与猫的“死/活叠加态”，使量子力学中的微观不确定性变成了宏观世界的不确定性，微观中的混沌变为宏观中的荒谬——猫要么死了，要么活着，两者必居其一，不可能既死又活！怎么能既活着又死了呢？猫当然不能既死又活，也不能又死又活。这显然是个佯谬。问题是，在我们打开盒子看见薛定谔的猫之前，这个佯谬居然一直存在，并且无法推翻。

怎样？您疯了有半分钟了吧？不过您不用沮丧，因为您并非第一个被薛定锷猫搞发疯的。这个想象中的实验提出后已经让无数人发了疯。爱因斯坦之后最著名物理学家霍金听说“薛定谔的猫”之后的反应是：“我去拿把枪来打死猫！”

霍金是以荒谬对荒谬，因为他全身瘫痪，只有眼睛能动，根本无法起身去拿枪。不过，他仍然要感谢薛定谔，因为，他现在虽然不能突然起身拿起枪，但在薛定谔的帮助下他仍然获得了生杀大权——他可以看一眼盒子的猫，而这一眼足以杀死这只猫。

薛定谔的猫是个玩笑性质的假设，但这个玩笑却相当认真，因为它说明了量子论与相对论的关系。薛定谔的猫大声宣布：宏观人类世界与微观原子世界完全不是一回事儿，就像牛顿的地球力学与爱因斯坦相对论的天体力学完全不是一回事儿。

薛定谔的猫要说明的是世界的不确定性。

这事儿说起来轻巧，却等于拿着生锈的锯子锯全体物理学家的神经。因为，直到今天，绝大部分物理学家——其实也是包括您和我的绝大部分人——仍然认为宇宙万事万物都可用物理方程来解释。但是，如果事实如此，那就意味着宇宙从诞生起就注定了结局，而从诞生到结局之间的所有现象都只是物质的机械物理运动。也就是说，宇宙与每个人的命运早已注定，无论我们如何努力都无法更改。反过来说，如果我们掌握了足够的计算能力，我们就可以预测未来，因为未来已经注定，只是现在我们计算能力不够，无法解开这个方程而已。

用我的一担挑儿的话来说，无论你暴得大财还是穷困潦倒，其实你都不用悲喜，因为：“这就是命！”在哲学上，这叫机械主义宿命论。量子论这记重拳直接KO机械主义宿命论：它宣布宇宙之中一切皆有可能。宏观物理理论不适用于微观物理，宇宙的未来发展有千万种可能，虽然每种出现的概率大小不一，但没有任何事情会必然出现。过去与未来一样皆可改变，连时间都不一定非要按“过去→现在→未来”的方向流动。

也就是说，历史，或者说宇宙，其实不见得只有一个。

也也就是说，上帝不认可牛顿物理学的确定性。

上帝是玩骰子的。他玩的是心跳。

够不够震撼！

薛定谔的猫给我们带来的震撼还有很多。在量子论中，所有的世界都是可能的，一旦用一次测量来确定，比如打开盒子看一眼，这一眼就让世界一分为二：在一个世界里薛定谔的猫活着，在第二个世界中薛定谔的猫死了。在量子论中，这两个世界同样实在，打开盒子的那两个人也同样实在，然而，这两个世界并不通联，每个世界中的人和猫都只能感觉到他们存在的那个世界。

此即大名鼎鼎的平行宇宙。

问题是，平行宇宙互不通联，它们之中的人永远不能相互拜访。我们甚至根本不能观测到平行宇宙，因为我们被死死局限在我们自己所在的这个宇宙中，根本无法确认是否存在其他的平行宇宙。

列位看官，这就是量子论那摄人心魄而又令人疯狂的伟大历程！

1933年希特勒上台，薛定谔反对纳粹迫害爱因斯坦，愤而离开洪堡大学移居牛津，同年与狄拉克共获诺贝尔物理学奖。1936年他回奥地利任格拉茨大学理论物理教授，不到两年奥地利被纳粹吞并，他被迫再次流亡爱尔兰，出任都柏林高级研究所所长，从事理论物理研究，还研究科学哲学和生物物理，出版名著《生命是什么》，试图用量子论阐明遗传结构的稳定性。1956年薛定谔回奥地利出任维也纳大学理论物理教授，奥地利政府专设以薛定谔命名的国家奖金，由奥地利科学院颁发。

前面说过，爱因斯坦是量子论奠基者之一，而且，他还反复运用量子论来发展自己的物理创想。1913年玻尔天才地把量子引入原子光谱的解释，爱因斯坦于1916年敏锐地运用玻尔理论推导出普朗克当初被迫引入量子概念的辐射公式，而这篇文章的一个副产品是激光理论的产生原理。

看官须知，激光，要50年后才被真正发现。

到1918年，爱因斯坦终于承认了光量子：“对于辐射中量子的实在性，我不再存疑，尽管至今只有我一个人相信它们。”看官须知，在量子论出现的前14年，整个物理界只有爱因斯坦一个人相信它，连它的发现者普朗克都坚决反对。可14年后，几乎所有的物理学家都承认了量子论，爱因斯坦却转而反对，从此成为整个物理史中最坚定的量子论反对派，直到1935年，大部分科学家包括普朗克都已投奔量子论，爱因斯坦还与两个年轻人玻多尔斯基和罗森合作发表论文“物理实在的量子力学描述能否称为完备？”全盘否定量子论。

爱因斯坦否定量子论，在他承认光量子之后。

量子论刚提出时，玻尔遇到的阻力比爱因斯坦提出相对论时还大，因为他们在前辈大师的眼里比当初的爱因斯坦还业余，他们的科学讨论被普遍看作小孩子的过家家。在遭受无数讥讽和白眼之后，他们决定向爱因斯坦求助。爱因斯坦目光非凡，向来热心扶植后辈。而且说到底，光量子假说也是他提出来的，他本来就是量子论奠基者之一。

1920年，玻尔亲赴柏林拜访爱因斯坦，渴望得到科学新教皇的肯定。

玻尔万万没有想到，最应该肯定他们的爱因斯坦，却一口否决。爱因斯坦完全无法接受玻尔用百分比来解释世界。量子力学的主要观点就是：在微观世界，所有粒子的运动都没有确定轨道，你只能预测它们出现在某一点上的可能性有百分之多少。

到底是啥子意思？

大家打过麻将吧？我有个朋友是国家麻将队儿的，他说决定麻局胜负的关键大部分不在牌技，而在骰子，因为骰子差一个点儿，你抓到手里的就完全是另一副牌了。你要一抓四个混儿，不就把把天和，把把连庄了吗？

掷骰子，是典型的百分比（概率）。所以电影里的“赌王”都非麻将打得好，而是骰子想掷几点就掷几点。

不打麻将的人还是没听懂？再举个例子：战斗的民族喜欢玩儿“俄罗斯转盘”，就是在6个弹孔的左轮手枪中装上一颗子弹，把弹仓哗啦一转，您就不知道子弹在哪个弹仓中了，然后朝自己太阳穴开枪，如果枪响了，您就到那边儿去了。如果没响，您就拿走所有的赌注。

这就是概率！六分之一。一边是死亡，一边是发财。

战斗的民族，端的不是说来耍子的。

我不知道爱因斯坦会不会打麻将，但我知道爱因斯坦知道骰子。他当天把嘴上没毛的玻尔训了一顿后说了一句物理学史名言：“记住，仁爱的上帝绝不会掷骰子！”

年轻气盛的玻尔不顾礼貌针锋相对地反驳：“上帝不仅掷骰子，而且会把骰子掷到我们看不见的地方！”

这句话成为物理学史名名言。

玻尔对爱因斯坦的威胁比日本对钓鱼岛的威胁大多了。因为，他可是个真正的天才。从此，他俩成为物理学死敌。1926年爱因斯坦致信物理学家麦克斯·波恩说：“量子力学非常值得关注，但我心里却有一个声音告诉我，目前的研究并不正确。这个理论成果众多，却不能让我们离真理的奥秘更近一步。我坚信上帝不会掷骰子。”

1927年10月，爱因斯坦在布鲁塞尔第5届索尔维大会上与玻尔激辩量子论，后来被杨振宁称为“历史上最重要的思想交锋”，这两个伟大的天才在会上会下针锋相对，从白天争到黑夜，谁也无法说服谁。艾伦菲斯特后来说：“像下棋一样，爱因斯坦永远能举出新的例子……玻尔就不断在哲学云雾之外寻找工具来粉碎这些例子，而爱因斯坦就像盒子里的弹簧人，每天早晨都能精神抖擞地跳将出来”。1930年10月在布鲁塞尔举行的第6届索尔维大会是爱因斯坦最后一次出席这一会议，在会上他再次与玻尔发生激烈争执。除了这样大规模的思想交锋，两人在无数小型学术会议上只要碰面就拔刀相见，张飞杀岳飞，杀得满天飞。每一次他们都跟张飞杀岳飞一样战成平手——他们确实不属于同一个时代，他们最后谁也没说服谁。直到1942年爱因斯坦致信朋友时还说：“想偷看上帝要出什么牌确实很困难。但我一秒钟也不会相信上帝会选择跟这个世界玩儿骰子。”

想知道玻尔听见这句话之后的回答吗？

他针锋相对地回击：“嗨，请不要再教上帝该做什么！”

这场关于跟上帝打麻将的讨论从此成为物理学史上的经典桥段。百年之后，斯蒂芬·霍金比玻尔更进一步，他说：“上帝不仅掷骰子，而且他总是把骰子掷到我们看不见的地方！”

后来有很多人把这场争论当成爱因斯坦信奉上帝的证明，其实完全搞错了。爱因斯坦在这里说的是量子论，跟上帝毫无关系。他只是拿上帝举个例子。爱因斯坦、玻尔和霍金这三位大物理学家，其实都不信基督教的那个上帝。事实上，在爱因斯坦之前，绝大多数物理学家是相信上帝的，他之后，绝大多数不信。

否定量子力学是爱因斯坦犯过的最严重科学错误。时至今日，无数实验提供牢不可破的坚实证据，量子力学在被爱因斯坦全盘否定之后日臻完美。20世纪30年代之后，绝大多数物理学家的工作都转向量子力学，爱因斯坦几乎单枪匹马在对面叫阵。

因此，被前辈大师判定无能，并不一定真是你无能。

有意思的是，普朗克出道时也曾被科学前辈全盘否定，他后来写道：“新的科学真理不用忙着去说服反对者，它只消静候那些反对者老死，而让新的一代从头熟悉这一真理。”这句话十分尖刻，却切中人类天性，出世后广受欢迎，现在被奉为“普朗克科学定律”。

因此，无论什么事情，不要费力去说服持反对意见的同龄人。

直到去世，爱因斯坦都拒绝承认量子力学。在这一点上，他逊于当初激励他发现相对论的马赫。马赫临终前见到爱因斯坦时说，只要爱因斯坦能找到确切的科学证据，他就准备承认此前他完全否认的“原子”。

上帝确实把骰子掷到了我们看不见的地方。上帝跟我们开了一个很大的玩笑。爱因斯坦本身就是一个蔑视权威的人。1905年还是物理青年的他居然在业余时间写了5篇论文来否定牛顿。可到1930时他不得不自嘲：“作为对我蔑视权威的惩罚，命运把我自己变成了权威。”

爱因斯坦不是谦虚，他说的是实话。咱们见到专家教授这些“权威”就双膝发软，纳头便拜，可爱因斯坦一辈子对“权威”不以为然，包括他自己。1951年，他已是世界物理学界当之无愧的超级权威，等闲教授见到他都要激动得双手哆嗦，语不成句。那年2月他在美国波士顿麻省综合医院接受最新脑电图（EEG）检查。研究人员测出他的脑电图背景值之后恭请他思考科学问题，以便绘下这个伟大科学天才的大脑活动图。爱因斯坦遵嘱在心里默解一元二次方程，仪器指针立刻剧烈上蹿下跳，研究人员不禁大赞自己三生有幸，能够目睹绝世天才脑电波活动现场直播，可就在此时指针忽然趴窝，研究人员赶紧上前请问他老人家正在想什么顶级科学问题，居然让如此精密的仪器都跟不上。

爱大爷说，他听见外面下雨，忽然想起雨鞋套忘在家里了。

一个思想超过人类如此之远、其理论时至今日仍然得到连绵不绝证明的科学家，是不是变成权威，并不以他个人的意志为转移。纵观科学史，科学家最具创造力的时刻，通常在他成为权威之前;而成为权威之后，他通常会犯一些十分愚蠢的错误。只有在这个问题上，爱因斯坦没有超越牛顿。我在写这个系列的文章之前完全没想到，牛顿这样伟大的科学天才，居然在46岁当选国会议员后以加倍的热情和执着研究神学、炼金术和长生不老药，并为此写下150万字手稿。看官须知，牛顿写这些东西并非“失了心疯”，事实上他写这些垃圾时头脑跟写《自然哲学的数学原理》时一样清楚。当上国会议员和科学权威后，牛顿开始厌恶给他带来巨大荣誉的科学，拒绝继续研究物理学。到晚年，牛顿不仅否定科学的意义，而且虔诚信仰上帝，孜孜埋首于神学研究。当他最后无法用物理学来解释天体引力时，他便提出“神的第一推动力”，完全放弃他揭竿而起发动科学暴动的原野，回到上帝仁慈的温暖怀抱。他说：“上帝统治万物，我们是他的仆人。我们敬畏他、崇拜他。”

爱因斯坦确实在这点上未能超越牛顿，因为他在量子力学论战中不折不扣地扮演了固执的权威。其实爱因斯坦本人的研究就属于量子力学。1924年他与印度物理学家玻色共同提出“玻色/爱因斯坦凝聚”，其实质就是量子论的应用。这个理论被誉为“诺奖级别”。它预言，如果特定原子气体以超低温冷却，那么所有原子会突然以可能的最低能态凝聚。如果把一堆原子看成乌合之众的农民起义军，那么玻色/爱因斯坦凝聚出现后，它们就在一秒钟之内变成令行禁止的岳家军。我们可以通过调控激光能量来控制原子的状态，让原子在一秒钟之内由超流体变成完全绝缘体，这两种状态正好可以分别充当一和0。进入21世纪后传统硅芯片计算机无法突破耗能和散热等极限问题，科学家普遍认为出路是量子计算机，而这正好用到“玻色/爱因斯坦凝聚”。现在科学家认为铷原子的“磁”和“矩”属性可用来表示一和0，美国《自然》杂志发表文章说，根据“玻色/爱因斯坦凝聚”理论，铷原子可成为量子计算机存储器，如果有两个铷原子存储器，就可以实现量子计算。

量子计算机的出现，也许将是又一场我们从未设想过的工业革命的开始。面对量子计算机，所有摸过计算机的手都会在顷刻间因为心花怒放而剧烈颤抖，就像全体同时得了帕金森：只要想一想，手提电脑将一辈子都不用充电，硬盘（如果还有硬盘的话）存了全世界所有信息后还有四分之三的空间……

而这只是量子计算机最微不足道的两个新功能之一！

1995年，美国的康奈尔、维曼和德国的克特勒通过实验证实“玻色/爱因斯坦凝聚”，2001年，他们获诺贝尔物理奖。

爱因斯坦对量子论的否定，持续到他生命的尽头，从未改变。但他最后依然超越了牛顿。他与牛顿的不同不仅在于他成名后坚决拒绝当官儿，更重要的是，他并没有因为成为权威而成为物理学的暴君和独裁者。爱因斯坦与玻尔这两个一生的敌人，一见面就张飞杀岳飞，但其实谁也没真打算杀了对方。爱因斯坦后来还专门请玻尔去普林斯顿做过演讲。此事有据可查，因为当时坐在下面洗耳恭听的，就有今天的物理泰斗杨振宁。

就是这个与爱因斯坦在同一年获得诺贝尔奖物理奖的玻尔，这个理应仇恨爱因斯坦一生否定量子力学的后起之秀，他后来说：“爱因斯坦的成果使人类地平线无限展开，而同时我们对宇宙的想象画获得了梦寐以求的完美与和谐。”

1922年11月，瑞典诺贝尔委员会决定将1921年空缺的物理奖补授爱因斯坦，同时把1922年物理奖授予玻尔，11月11日玻尔致信正在亚洲旅行的爱因斯坦：“关于授予诺贝尔奖金一事，我很高兴地致以最衷心的祝贺。这种外界推崇对您可能毫无意义，不过这笔钱或许有助于改善您的工作条件……倘若我竟被提名与您同时获奖，这可称我从外界所能得到的最大荣誉和愉快。我知道我是多么地不配，但我想说——且不论您在人类思想方面付出的崇高努力——，仅仅您在我从事的专业领域里所奠定的基础就足以与卢瑟福和普朗克并肩。其实在考虑给我这个荣誉之前，应当首先考虑您的贡献。在下实乃三生有幸。”

1923年1月11日，仍在旅途中的爱因斯坦回信：“我在日本启程前不久收到您热诚的来信。毫不夸张地说，它像诺贝尔奖一样让我快乐。您觉得您在我之前获奖有些不妥，您的忧虑让我倍觉可爱——它彰显了玻尔本色。您的原子最新论著在这次旅行中陪伴着我，也倍增我对您精神的敬佩。”

此生得一友如爱因斯坦者，此生得一敌如玻尔者，足矣！

他们才是伟大的科学家。

我们热爱爱因斯坦，并不仅仅因为他是一个伟大的物理学家。

（2015年5月26日11稿毕于北京天堂书房）

责任编辑   洪清波