《量子、猫与罗曼史》（下）

吴砺

                                                                         《量子、猫与罗曼史》（下）

“牛顿从来都不是一个假谦虚的人，他告诉哈雷，他很久以前已经解决了这个难题，但他又声称他无法在他的文稿中找到相关的文件，并承诺以后寄一份副本给哈雷。从牛顿留存下来的文稿发现，很明显这个声明是一个谎言，只是用来争取时间来让相信自己能力的牛顿真正解决这个难题。

事实上，在1684 年，牛顿的大多数思想都是不完备的，只有很少一些被完全归纳出来。哈雷的拜访是催化剂，它激励牛顿把所有的东西合成一个条理分明的整体。为了解释引力是如何影响行星运动的，牛顿不得不找到一个数学描述来解释一般情况下力如何影响物体的运动，包括理解质量本身，以及物体抗拒被拖动的方式——它的惯性1684 年 11月，哈雷从牛顿那里收到了一份9 页的文章，标题是《论轨道上物体的运动》（De motu corporum in gyrum），但这基本上只是一开胃菜，因为牛顿已经被一个念头吸引住了，就是给整个物理世界的运作一个完备的描述。从1684 年 8月起的18个月里，他着迷般研究这个课题，最后写出了他的名作《自然哲学的数学原理》（Phir’osophiaenaturalis principiamathematica），通常简称《原理》，出版于1687 年。P020

1864 年，麦克斯韦作了一个同样见解深刻的评述，但用了另外一种方式。他说：“科学真理应该用不同的形式呈现，而且无论它是形式坚实、图表丰富多彩，还是形式空洞、符号表达苍白，它都应该被看成同样科学的东西。”这番有先见之明的言辞准确地预言了20世纪20 年代物理学的发展方式。正如我们将看到的那样，有两种方式来描述量子世界。一个方法由 海森伯所开创，依赖于抽象的数学符号系统；另一种是薛定谔的头脑产物，采用了实在的（也让人感到熟悉的）波的形象化描述。但两者都对量子问题给出了完全一样的答案——两者都同样有效。

同样是在1864 年，麦克斯韦发表了他对电磁学的最终见解，一篇给出了4个方程式的论文，在这4个方程式里包含了认识电学和磁学所需要的一切，只有少数量子现象除外。这是自牛顿的《原理》之后理论物理学最伟大的成就，事实上标志着物理学的“经典”（即量子理论和相对论之前）时代的结束。麦克斯韦同时还有其他收获一完成了由法拉第开始的工作，他证明了曾经被看成自然界的两种独立的作用力的电和磁，是如何可以被合在电磁学中的。这是通往将自然界的所有作用力统一在一个数学框架里的第一步，这个梦想后来驱动了薛定谔的很多后期工作。但这不是麦克斯韦自己对物理学的最后发言。P027。但麦克斯韦只看到了它成立和开始运行，他于1879 年去世——像其母亲一样年仅48岁。麦克斯韦理论蛋糕上的糖霜来自下一个10 年，当时德国物理学家赫兹( Heinrich Hertz．1857-1894)用实验证明了我们现在所称的无线电波——即波长比光长得多的电磁波——的存在，而这是麦克斯韦本人已经预言了的。P027

他发现了一条统计规律——现在称为麦克斯韦分布律（Maxwell distribution），它没有指明单个分子的速率，而是指出了速度处于任意区间的分子的比例，如分子速度在每秒14-15英里（约23 -24 千米）之间的相对数量、在每秒14-16英里（约23 -25 千米）之间的相对数量，等等。这是统计规律在物理学中的第一次应用——它所开启的路径将会导致量子理论的诞生，并对薛定谔产生深远影响。在19世纪60 年代，麦克斯韦进一步发展了这些思想，部分是通过他与奥地利物理学家玻尔兹曼(1844-1906)的通信，后者随后把它发展得更加完备。P028

一位早期传记作家穆尔(Walter Moore)用无可置疑的语言描述了这次结合：“她步人婚姻，带着希望，期待着它会是精神和肉体的真正结合，而她会由于无限服从她那聪明而英俊的爱人而得到幸福。这种错觉大约持续了至少一年。”尽管如此，这次婚姻还是持续了一生。正如安妮本人后来对汉斯·林（Hans Thirring）所说的：“和一只金丝雀在一起生活要比和一匹赛马生活更容易，但我更喜欢赛马。”p046

在相对论性氢方程失败之后，薛定谔重新回到基础性工作。他从经典力学的典型的波动方程出发，运用德布罗意发现的关系把波长转换成动量，从而得出了一个关于电子的非常简单的波动方程。它类似于麦克斯韦在19世纪发现的关于光和其他电磁波的波动方程。其推导和德布罗意的发现一样，表面上看起来一旦你想到了，就会觉得简直简单得惊人，给人的反应是“为什么我竟然想不到？”，但它其实在被出之前远非是显而易见的。也许薛定谔自己也觉得它简单得惊人，因为在他发表自己的突破性成果之前他已经想到了两个更为复杂（因i也更为让人印象深刻）的方法来推导其著名的波动方程，以便和科学界共享。而且，不像薛定谔几个星期前的相对论性方程，这个方翌预言了实验所确定的正确的量子数。爱因斯坦说得对，德布罗意公式表达的“不仅仅是形式上的类推”。P096

数学课程是很成功的，但她们老师的大部分注意力很自然地被吸引到了伊萨那里，而两个女孩都达到了在新学期开始时和同学一起升级所要求的标准。但和数学一起的课程还包括“不少爱抚和拥抱”，薛定谔很快就确信自己和伊萨恋爱了（“不管爱是什么”，就像查尔斯王子所说的）。他与她谈论自己的科学工作和宗教信仰，给她写诗，和两个女孩及她们的母亲一起度假滑雪，过1927 年的圣诞节，并且制定了一个长期的计划来进行现在所说的美容、打扮。理所当然，这个年轻的教会学校女生被所有这些关心吸引住了，并自然而然地堕入了他的情网。不过，他是很有耐心的。直到她 16岁，他才在（另一次滑雪度假时的）午夜进入伊萨的房间，告诉她他有多爱她，而直到她 1929 年 8月过17岁生日时，他们才发生了关系。这件绯闻一直持续到 20世纪30年代，有一阵薛定谔还咢还认真考虑过与安妮离婚而迎娶伊萨，它成为薛定谔在发现波动力学后的那些年科：科学生涯中不可被忽视的一个背景。但是，已经开始认真对待波动力学并把它发展成量子力学的一种完备描述的科学界，对此一无所知。不过对薛定谔来说不幸的是，他的思想得以发展的方式，根本就不符合他的口味。P099

薛定谔夫妇访问了苏黎世并越过群山去了意大利，到了布雷萨诺内小镇，大多数时候是安妮在开车。马尔希就出生在那里，当时那里叫布里克森，是奥匈帝国的一部分。在那里，他们遇到了马尔希夫妇。玻恩一家就在附近，而安妮和她的情人外尔一起去拜访他们。希尔德的抵抗瓦解了，而且明显在马尔希的默许下，她和埃尔温一起骑自行车旅行。他们回来之后，希尔德怀孕了，她婚后四年一直都没有孩子。这也许就是为什么马尔希默许了这一切的发生并仍然和埃尔温关系友善。至于安妮，她几乎没资格反对，而且也一直和希尔德很友好。P126

下面这件事多少可以说明薛定谔的风流本性。即使刚刚成功地征服了希尔德，他仍然没有放弃其他艳遇。9月份，埃尔温去了加尔达湖的马尔切西内，他已经写信给林德曼（后者已经知道薛定谔要访问意大利），建议在那里会面。在马尔切西内，他邂逅了汉西，鲍尔( HansiBauer)，她是安妮旧雇主的女儿，现在已经26岁，正在度蜜月。她嫁给了博姆( Franz Bohm)，他比她大10岁，在维也纳学习过工程和政治学，在第一次世界大战时和薛定谔一样做过炮兵军官。博姆现在在英格索尔公司工作。根据汉西在摩尔所做的访问中所说的，蜜月过得不怎么样，她已经对她的婚姻大失所望，这时她正好在一间杂货店遇到了埃尔温，他们之间“擦出了火花”。但火花要变成火焰还需要一段时间。P126

这里还有一个障碍。怀孕的希尔德，马尔希怎么办？在他的个人日记里，薛定谔写道，他会对“离开母亲和孩子”感到非常悲伤，而显然没有什么希望在普林斯顿给阿瑟·马尔希安排一个职位。在普林斯顿有很多人相信（作为一种传说而非被证实的事实），薛定谔和普林斯顿大学校长希本( John Hibben)讨论过这个问题。想到薛定谔要带妻子、情妇和私生子一起到这个保守的校园来，希本被吓坏了。而牛津当局对于他们所带来的状况，也同样惊骇莫名。P129

埃尔温、他的两位“妻子”和5岁的露特，安顿在都柏林郊外靠近海边的克朗塔夫，一幢典型中产阶层的带凸窗的联体住宅里。在1943年之前，这幢房子都是租来的，但此后薛定谔有能力买下了它（用1000英镑），并且在全家1956 年离开都柏林时把它出售了（售价2150英镑）。安妮和希尔德轮流，一人做一周家务。

你也许以为埃尔温不同寻常的家庭结构在天主教的爱尔兰会比在牛津带来更多的麻烦，但在都柏林，在正式允许的事情和人们实际做的事情之间有一条明显的分界线。这种情况可以用我的一位爱尔兰天主教朋友的话来明确概括，他把它称为“在工作日放荡，却在星期日祈祷别出事”。按照麦克雷的说法，尽管有着“不同寻常”的家庭结构，“薛定谔和他一家在克朗塔夫似乎还是很自在”，完全与爱尔兰人放任自流的态度相一致。埃尔温在都柏林交到的最早的朋友之一是帕迪·布朗( Paddy Browne)主教阁下，他是一位在圣帕特里克学院给未来的牧师们上数学课的牧师。布朗主教阁下的兄弟是一位红衣主教，但这没有阻止帕迪成为埃尔温在爱尔兰最好的朋友。在爱尔兰被称为“紧急状况”期间，在都柏林的生活却是安全而舒适的，除了战争期间茶的短缺，以及煤和汽油越来越稀缺，这导致1942 年后私家车从街道上消失了。由于薛定谔热衷于骑自行车和远足，这对他毫无影响。P154

有什么比这更好的结束语吗？薛定谔总是想要个儿子，而且把这种基因的延续看成一种不朽。他一定会很高兴地知道他的外孙，以及他在量子力学前沿所做的工作。P219

                                                                                                                                                                         吴砺

                                                                                                                                                                                            2016．5.27

吴砺

选自待出版的散文集《致远方朋友的信》

西园采桑

尽管字迹太小看上去十分吃力，但还是看完了，也许是因为这位另类的科学家对量子方面杰出的贡献，还因为量子过于诡异，是波？还是粒子呢？至今仍无定论，科学家们一边研究量子，一边已经在广泛应用量子学。
早些年看过一本不愿透露真名实姓的作者才华横溢的《量子史话》，美中不足的是那部电子书有点虎头蛇尾，没能看过瘾。