量子物理史话：上帝投掷骰子吗第四章白云深处(9)

hcl · 2012-7-18 15:56:20

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捕捉电子位置的仪器也早就有了，电子在感应屏上，总是激发出一个小亮点。Hey，微粒的将军们说，波动怎么解释这个呢？哪怕是电子组成衍射图案，它还是一个一个亮点这样堆积起来的。如果电子是波的话，那么理论上单个电子就能构成整个图案，只不过非常黯淡而已。可是情况显然不是这样，单个电子只能构成单个亮点，只有大量电子的出现，才逐渐显示出衍射图案来，这难道不是粒子的最好证据吗？

在电子战场上苦苦坚守，等待转机的同时，微粒于光的问题上则主动出击，以争取扭转整体战略形势。在康普顿战役中大获全胜的它得理不饶人，大有不把麦克斯韦体系砸烂不罢休的豪壮气概。到了1923年夏天，波特（Walther Bothe）和威尔逊用云室进一步肯定了康普顿的论据，而波特和盖革（做α粒子散射实验的那个）1924年的实验则再一次极其有力地支持了光量子的假说。虽然麦克斯韦理论在电磁辐射的领土上已经有60多年的苦心经营，但微粒的力量奇兵深入，履战履胜，叫波动为之深深头痛，大伤脑筋。

就在差不多的时候，爱因斯坦也收到了一封陌生的来信，寄信地址让他吃惊不已：居然是来自遥远的印度！写信的人自称名叫玻色（），他谦虚地请求爱因斯坦审阅一下他的论文，看看有没有可能发表在《物理学杂志》（Zeitschrift für Physik）上面。爱因斯坦一开始不以为意，随手翻了翻这篇文章，但马上他就意识到，他收到的是一个意义极为重大的证明。玻色把光看成是不可区分的粒子的集合，从这个简单的假设出发，他一手推导出了普朗克的黑体公式！爱因斯坦亲自把这篇重要的论文翻译成德文发表，他随即又进一步完善玻色的思想，发展出了后来在量子力学中具有举足轻重地位的玻色-爱因斯坦统计方法。服从这种统计的粒子（比如光子）称为“玻色子”（boson），它们不服从泡利不相容原理，这使得我们可以预言，它们在低温下将表现得非常不同，形成著名的玻色-爱因斯坦凝聚现象。2001年，3位分别来自美国和德国的科学家因为以实验证实了这一现象而获得诺贝尔物理学奖，不过那已经超出我们史话所论述的范围了。

玻色-爱因斯坦统计的确立是微粒在光领域的又一个里程碑式的胜利。原来仅仅把光简单地看成全同的粒子，困扰人们多时的黑体辐射和别的许许多多的难题就自然都迎刃而解！这叫微粒又洋洋得意了好一阵子。不过，就像当年的汉尼拔，它的胜利再如何辉煌，也仍然无法摧毁看上去牢不可破的罗马城——电磁大厦！无论它自我吹嘘说取得了多少战果，在双缝干涉条纹前还是只好忍气吞声。反过来，波动也是处境艰难。它只能困守在麦克斯韦的城堡内向对手发出一些苍白的嘲笑，面对光电效应等现象，仍然显得一筹莫展，束手无策。波动后来曾经发动过一次小小的突击，试图绕过光量子假设去解释康普顿效应，比如汤姆逊和金斯等人分别提出过一些基于经典理论的模型，但这些行动都没能达到预定的目标，最后均不了了之。在另一方面，波动企图在短期内闪电战灭亡电子的战略意图则因为微粒联合军的顽强抵抗很快就化作泡影，整个战场再次陷入僵持。

人们不久就意识到，无论微粒还是波动，其实都没能在“德布罗意事变”中捞到实质性的好处。双方各派出一支奇兵，在对手的腹地内做活一块，但却没有攻占任何有重大战略意义的据点。在老战线上，谁都没能前进一步，只不过现在的战场被无限扩大了而已。第三次波粒战争不可避免地演变为一场旷日持久的拉锯战，谁也看不到胜利的希望。

玻尔在1924年曾试图给这两支军队调停，他和克喇默斯还有斯雷特（）发表了一个理论，以三人的首字母命名，称作BKS理论。BKS放弃了光量子的假设，但尝试运用对应原理，在波和粒子之间建立一种对应，这样一来，就可以同时从两者的角度去解释能量转换。可惜的是，波粒正打得眼红，哪肯善罢甘休，这次调停成了外交上的彻底失败，不久就被实验所否决。战火熊熊，燃遍物理学的每一寸土地，同时也把它的未来炙烤得焦糊不清。

1925年，物理学真正走到了一个十字路口。它迷茫而又困惑，不知道前途何去何从。昔日的经典辉煌已经变成断瓦残垣，一切回头路都被断绝。如今的天空浓云密布，不见阳光，在大地上投下一片阴影。人们在量子这个精灵的带领下一路走来，沿途如行山阴道上，精彩目不暇接，但现在却突然发现自己已经身在白云深处，彷徨而不知归路。放眼望去，到处是雾茫茫一片，不辨东南西北，叫人心中没底。玻尔建立的大厦虽然看起来还是顶天立地，但稍微了解一点内情的工程师们都知道它已经几经裱糊，伤筋动骨，摇摇欲坠，只是仍然在苦苦支撑而已。更何况，这个大厦还凭借着对应原理的天桥，依附在麦克斯韦的旧楼上，这就更教人不敢对它的前途抱有任何希望。在另一边，微粒和波动打得烽火连天，谁也奈何不了谁，长期的战争已经使物理学的基础处在崩溃边缘，它甚至不知道自己是建立在什么东西之上。

不过，我们也不必过多地为一种悲观情绪所困扰。在大时代的黎明到来之前，总是要经历这样的深深的黑暗，那是一个伟大理论诞生前的阵痛。当大风扬起，吹散一切岚雾的时候，人们会惊喜地发现，原来他们已经站在高高的山峰之上，极目望去，满眼风光。

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