作者：张弘

《科学之魂》（美）戴维·林德利浙江人民出版社

《科学之魂》通过物理学的进步和发展告诉读者，人类对世界的认识永无穷尽。即便是牛顿、爱因斯坦这样的科学巨人，也不能垄断对世界的“解释权”。充其量，他们只能在某一个阶段提出一些令当时人们信服的解释与创建。一旦物理学、数学等学科进一步向前发展，新的认知便会出现，进而修正之前的观点。

现代科学将逻辑推理运用于可证实的推理与数据，人们认为，用严格数学语言表述的理论在逻辑上是必然的、准确的，这一体系和框架将用理性和因果律取代神秘性和偶然性。在科学世界，不存在自发性，没有不可解的离奇现象。自然现象极其复杂，但科学必须解释其秩序和可预测性。事实和定律坚如磐石，无一例外。人们会将该事物分析得细致完善。尽管一代又一代科学家没有实现这一理想，但他们确信，后辈科学家将完成这一任务。理性让人们认定，科学的进步必将发生，科学潮流将波澜壮阔，席卷一切，并越来越精细复杂。并且，人们必然能够认识自然。发源于物理学界的这种观点，在19世纪成为各种科学的主流模式。地质学家、生物学家及第一代心理学家都将整个自然世界勾画为一个错综复杂但又正确无误的机器。要实现这一理想，就必须“依据具有精确性描述（简化为数字）的观察结果和现象定义自己的学科领域，然后找到将这些数字并入一个无法逃脱的系统中的数学定律”。

1820年代，苏格兰人罗伯特·布朗在一台改进过的显微镜下看到花粉颗粒的运动，他进而发现，死去的植物样品中也有类似现象。但他害怕犯错，没有对此作出解释。此后几十年，人们一直难以解释布朗运动。1865年，德国物理学家鲁道夫·克劳修斯杜撰了“熵”（物理意义指体系混乱程度）这一新词，12年后，奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼发现了一种方法，可将熵定义为描述运动原子的统计测度，并证明原子碰撞将把熵推向最大值。之后没多久，法国数学家亨利·庞加莱证明了一个定理，与玻尔兹曼的定理产生冲突。

1905年，玻尔兹曼的崇拜者、26岁的爱因斯坦意识到，沉浸在某种液体中的一个尺寸恰当的小粒子会发生不规则运动，原因是分子发生碰撞。爱因斯坦找到一种计算方法，计算粒子的四下运动会让它移动多远。1908年，法国物理学家让·佩兰通过精心的实验测量布朗运动，并将发现与爱因斯坦的理论加以对照，两者完全符合。佩兰的实验经常被人当做原子存在的决定性证据。

1911年，26岁的丹麦青年尼尔斯·玻尔来到剑桥大学，师从汤姆逊学习电子物理。博士毕业后，他回到哥本哈根，在一所大学为医科学生讲授物理。一个同事问他，他提出的原子钟的电子的奇异图像是否有助于解释氢原子光谱的巴耳末线系。玻尔画出了原子模型，它与实际数据非常符合，但他不敢贸然猜测其中原因。卢瑟福对玻尔的观点提出了批评，而爱因斯坦在1916年发表了一篇极具启发性的分析文章。

同样是在1916年，玻尔成立研究所的计划得到丹麦政府批准。两年之后，慕尼黑大学的物理学家阿诺德·索未菲招到了新学生，来自维也纳的沃尔夫冈·泡利，又过了两年，他招收了本地男孩维尔纳·海森堡。

师从索未菲期间，海森堡设计出了一套公式，只要在公式中加入第四量子数的半整数值即1/2、3/2等，它就能轻易解释各种现象。但是，索未菲和泡利对此都不以为然。他们争论期间，年轻的德国物理学家阿尔弗雷德·朗德发表了与此本质相同的想法，这让海森堡郁闷不已。他试图通过解决半整数的理论问题重新夺回领先地位，但他的天才创想并未得到索未菲和泡利的支持。1922年6月，海森堡在哥廷根聆听了玻尔的一次演讲，玻尔还邀请海森堡一起散步，探讨量子理论。最后，玻尔暗示，海森堡应该想办法到哥本哈根待一阵子。1924年9月，海森堡进入哥本哈根大学工作。

1925年6月，在黑尔戈兰岛经历一番苦思的海森堡有了一些想法和结论，这将发展成为量子理论力学的基础。7月初，他写成了一篇论文，玻尔对此很赞赏，并把它寄给了《物理学杂志》，在第七期发表。但是，爱因斯坦写信给一位同事，对海森堡的观点“不相信”。

在柏林，海森堡发表演讲后，在前往爱因斯坦住处的路上，他与玻尔反复争论。爱因斯坦1905年以相对论推翻了牛顿有关绝对速度和绝对时间的旧有理念，一个观察者认为是同时发生的事件，另一个观察者可能认为是依次发生，而第三个观察者可能认为发生的次序相反。据此，海森堡对爱因斯坦说，你只能用不同方法观察原子行为，比如，它是如何吸收和发射光，据此尽可能推断原子内部情况。但是，爱因斯坦不肯接受这一点。

1926年，经过与泡利、玻尔充满争吵的痛苦方式，海森堡著名的不确定性原理问世了。但是，激烈的争吵让他和玻尔的关系出现了无法弥补的裂痕。这年6月，26岁的海森堡成为了莱比锡大学教授。在其后的学术论战中，薛定谔支持爱因斯坦，在第五次索尔维会议上，爱因斯坦与支持海森堡的玻尔也产生了激烈争论，两人都感觉不太愉快。1932年，海森堡获得诺贝尔物理学奖。在爱因斯坦去世的前一年，他对前来拜访的海森堡说，“我不喜欢你的那种物理学。”

但是，“不确定性”从理论物理的专业概念演变成了一个流行语，其影响超越了科学的领域，涉及从文艺理论到电视节目等我们生活的方方面面。《科学之魂》讲述的故事引人入胜，但它远远不是终点。

（原标题：“不确定性”怎样引爆物理学界？）

来源：北京晚报

编辑：TF021