《哥本哈根的浮士德》——为物理学的灵魂而奋斗

揭示量子秘密的知识仿佛是随着预言的神力同来的,因此1932年,当30多位欧洲最优秀的物理学家在哥本哈根的聚会结束时,他们自编自演了模仿歌德的《浮士德》的一出玩笑剧。就在几周前,詹姆斯·查德威克(James Chadwick)发现了核裂变的子弹——中子;不久,恩里科·费米(Enrico Fermi)又用中子击中了铀原子。10年之后,在新墨西哥州进行了首次核爆炸。此时,将物理学当作浮士德式交易的说法对核弹的制造者来说已经是老生常谈了。罗伯特·奥本海默(Robert Oppenheimer)为了把话说得尖刻,引用了印度教主神毗瑟挐的话:“现在我变成了死神,成为大千世界的毁灭者。”

那些才智出众的物理学家对未来将要发生的事情一无所知,他们怀着一种莫名其妙的心情参加了在尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)理论物理研究所举行的聚会。沃纳·海森堡(Werner Heisenberg)、保罗·迪拉克(Paul Dirac)和莉泽·迈特纳(Lise Meitner)也在场。年轻的科学家麦克斯·德尔布吕克(Max Delbrck)负责编写幽默台词——当时正值歌德逝世100周年纪念时期,他不仅将玻尔本人描述成万能的上帝,而且将尖酸刻薄的沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Pauli)描述成魔鬼摩菲斯特。

詹姆斯·查德威克 尼尔斯·玻尔

麦克斯·德尔布吕克

泡利(左)、海森堡(中)、费米在意大利科摩湖畔留影(1927年)

这是绝佳的选择。慈祥长者玻尔以他见缝插针的钻研精神主导了那场量子革命,揭示了原子内部粒子奇特的运动方式。而生性多疑的泡利,以在信件上署名“上帝之鞭”而著称,则总是要他来发表讽刺性的评论(如说“爱因斯坦教授刚才所说并不那么愚蠢”)。在传说中为获得真知而出卖灵魂的浮士德,被重新塑造成处于烦恼之中的保罗·埃伦费斯特(Paul Ehrenfest),这位奥地利的物理学家对泡利的研究工作感到失望,无法理解这个年轻人玩的将粒子只当作可能性的阴影的把戏。

较为年轻的物理学家们化装起来,扮演他们的“长者”的角色(泡利没有参加聚会,他当时刚刚32岁)。浮士德备受折磨的情人格雷琴,以精灵般的中微子出现。只是在后来回顾时才意识到,当时的愚蠢竟会变得如此深刻。在描写那个年代的富有创见的新书《哥本哈根的浮士德》中,吉诺·塞格雷(Gino Segr)写道:“那些演员们变成了蕴含着善与恶的潜在力量的真理的拥有者,而魔鬼则藏于细微处(源于英国谚语,意为搞清细微的东西是决定成与败的关键)。”

量子革命的故事已讲述过很多遍,就像讲述耶稣受难经过一样已经仪式化了。诸如马克斯·普朗克(Max Planck)面对炽热发光物体的一些奇特观测数据,是如何艰难地提出辐射是一单元、一单元地射出的,这种最小的单元即能量子。爱因斯坦观察得更深刻一些,是如何意识到光还有这样运行方式,即光波也是粒子。玻尔是如何以量子跃迁过程中在轨道之间来回跳跃的电子,来揭示原子的多微粒结构的。海森堡自我流放到阴冷的赫尔戈兰岛上,是如何观察到原子内部并没有轨道,原子内部所发生的情况是与人脑可想象出的任何情况不同的。

我不得不重游这些科学圣地时产生的犹疑,很快被塞格雷的写作风格一扫而光。塞格雷是宾夕法尼亚大学的理论物理学家,也是曾跟费米一道研究放射能的埃米利奥·塞格雷(Emilio Segr)的侄子。塞格雷的写作从《浮士德》的滑稽模仿剧开始,又不断地回到这次滑稽表演上。这就像一块磁铁吸引着读者,将大家熟悉的场面以一种全新的、有趣的形式重新展现出来。

这些量子革命者最引人瞩目的情况之一就是他们年轻有为。海森堡年仅23岁时就显示出不凡的灵性;泡利提出电子排布的基本原理——不相容原理时还不满25岁;迪拉克预言正电子的时候年龄也只稍大一点,正电子是在哥本哈根聚会那年发现的一种粒子。到聚会时,他们3人都已经超过了风华正茂的青春期。扮演迪拉克的演员抱怨说:“年老就像是一种令人心寒的流行病,每个物理学者都遭受这种病痛的折磨!一个人超过了30岁,他就无异于死了!”

玻尔46岁时已是元老。一直缺席的爱因斯坦已年过半百,不属圈内人士,但总企图利用大量蹩脚的观点去推翻量子力学。在哥本哈根版本的《浮士德》中,他充当了一个小配角——领养一群跳蚤的国王。根据歌德的故事,宫廷中对这种令人讨厌的害虫没人敢于抱怨,于是魔鬼般的泡利和正在步入老年的爱因斯坦一起宣布道:

不敬的人们取外号,

来自柏林的大跳蚤,

半裸着身体、带着欣喜与骄傲,

声称:“场论统一了!”

在作品的最后,最能使人们受到启示的部分是由埃伦费斯特向“埃伦浮士德”的转型。埃伦费斯特深受自我疑惑和家庭问题的困扰,同时物理学快速更新的步伐压得他透不过气来,他开始陷入黑暗的抑郁之中,用他的灵魂来换得觉悟看来是一件好事。第二年(1933年)埃伦费斯特自杀了。塞格雷对这一惊人事件的详尽描写,以及他把这些细节又带回到浮士德传说的独特方式,为重新讲述科学史上那个伟大的时代划上了一个庄严的句号,令人回味无穷。