科学家传奇

第二十三章 量子力学与玻尔国际金质奖章

　　尼尔斯·玻尔为保诺贝尔奖章，想出溶化又复得的办法，他这种临场应变的智慧跟他的爱国精神一样，赢得世人的尊敬与称赞。在1955年玻尔教授70寿辰之际，丹麦工程学会特地设立了以玻尔名字命名的科学奖——玻尔国际金质奖章，这个国际科学奖主要授予那些在和平利用原子能方面取得杰出成就的工程师或物理学家。

　　玻尔国际金质奖章每三年颁发一次，对所有国家学者开放。获奖者多为世界著名学者，如赫维西、卡皮察、拉比、海森堡、费因曼等，都是诺贝尔奖金获得者，所以这个奖项在科学界有较好的口碑。在众多玻尔国际金质奖章获奖者名单中，海森堡便是其中的佼佼者，他的名字与玻尔一样，成为继爱因斯坦之后20世纪最伟大的科学家之一。他和玻尔之间，也有着许多动人的故事。

　　他让“教父”大吃一惊

　　提起玻尔的名字，总跟量子力学联系在一起。这是因为玻尔除了自身是20世纪最有影响力的物理学家之一外，他还培养了海森堡等一批年轻科学家，创建了20世纪最伟大的物理学理论——量子物理学，人称量子物理的“教父”。

　　1922年，德国科学家为了庆祝玻尔获得诺贝尔奖，特地举行“玻尔节”，邀请玻尔演讲。在听众中有一位21岁的大二学生，他就是海森堡。海森堡这次可是有备而来，他仔细研究了玻尔提出的理论，找出了许多理论中不完善的地方，他准备了很多尖锐的问题，在提问的环节，他给玻尔递上了一张纸条，并谦虚地说：“这是我对先生研究的学说的一点心得。”对于这样一位无名小辈的举动，玻尔当时并未在意，他随便将纸条翻了翻，这一翻可让这位大学者大吃一惊，海森堡向他提供的正是他没有深入研究和疏忽了的原理，这下子，著名的科学家玻尔没话可说了。玻尔当然没有回答出海森堡的问题，虚心的玻尔于是在会后邀请海森堡去散步。玻尔因此对海森堡留下了深刻的印象。

　　1964年，海森堡在丹麦的哥本哈根领取玻尔国际金质奖章时，提起了这次演讲，他说这次演讲后的散步，是决定他一生命运的散步。因为，正是这一次散步，让海森堡对玻尔的理论产生更大的兴趣，同时，玻尔这种不耻下问的研究作风，也深深吸引了海森堡。于是，海森堡大学毕业后，就到玻尔研究所去工作。从1924年到1927年，海森堡在哥本海森堡哈根与玻尔一起工作，他在玻尔那里接触到了量子力学的最前沿理论，终于提出了量子力学中著名的不确定关系，敲开了量子力学的大门。这帮助他夺得了1932年的诺贝尔物理奖，这一年，海森堡才31岁。

　　正因为有这样的一段渊源，所以当玻尔跟爱因斯坦为学术上的事情争得不可开交时，海森堡毫不迟疑地加入到支持玻尔的行列。要知道，海森堡在青年时代是非常崇拜爱因斯坦的，曾奉为自己的学术思想导师。玻尔等人提出量子力学的统计解释以后，爱因斯坦竭力反对，海森堡便不顾爱因斯坦的反对，毅然加入了以玻尔为首的“哥本哈根学派”，竭力宣扬统计解释，他提出的“测不准原理”进一步揭示了量子力学的统计性质，终于成为物理学界所公认的量子力学代表。

　　休假中的重大发现

　　说起海森堡创立量子力学，还是一次休假的结果呢。

　　出生于德国维尔茨堡的海森堡，从小在慕尼黑长大，早在中学时代，海森堡就已展现出过人的天赋，老师曾写下评语说：海森堡能看到事物的本质，而不仅仅拘泥于表象和细节。

　　海森堡在大学毕业后，来到玻尔的研究所，开始酝酿起他的新理论。当时，这位23岁的年轻大学教师不幸患了病，医生建议他去度假胜地休息两周，可到了目的地后，他根本就不想睡觉，每天用1/3的时间来计算量子力学、1/3的时间攀岩，余下的时间背诵诗集。他就是利用这段时间想通了问题，提出了量子力学理论。这一新的物理学说，在基本概念上与经典牛顿学说有根本的区别。

　　根据海森堡提出的新理论，科学家们得出了一系列成果，其中有著名的“测不准原理”。这条原理由海森堡本人在1927年亲自提出，被人们认为是科学中所有道理最深奥、意义最深远的原理之一。现在，量子学说已广泛应用于现实生活，诸如电子显微镜、激光器和半导体等现代仪器，都是它的基本运用。它在核物理学和原子能领域里也有着许许多多的应用；它构成了我们的光谱学知识的基础，广泛地用于天文学和化学领域；它还用于对各种不同论题的理论研究，诸如液态氦的特性、星体的内部构造、铁磁性和放射性，等等。

　　当然，对量子力学的贡献，并不是海森堡一个人的专利，在海森堡之前，马克斯·普朗克、阿伯特·爱因斯坦、尼尔斯·玻尔和法国科学家路易·德·布罗格利等，都曾做出过相关的研究。此外，在海森堡提出了量子力学理论后，许多科学家其中包括奥地利人欧文·施罗丁格和英国人迪拉克等人还在继续完善量子学说。

　　海森堡如此伟大，以至于以海森堡为主角的《哥本哈根》戏剧在纽约上演后，佳评如潮，连连得奖。

　　海森堡不仅对量子力学感兴趣，对艺术和音乐也十分在行。他的研究风格与达·芬奇作画时尽量利用素描、色彩和光线的明暗等手段相似，力求达到客观与主观的协调一致。在海森堡的眼里，连深奥的物理研究也像是在作曲，古典物理犹如巴赫的交响曲。海森堡把物理当成了作曲，不同的是，作曲家使用的是音符，海森堡则使用数学符号。