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上帝掷骰子吗-第章

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近百年苦心经营的阵地毕竟不是那么容易突破的,麦克斯韦理论和整个经典物理体系的强 
大后援使得他们仍然立于不败之地。波动的拥护者们很快便清楚地意识到,不能再后退了 
,因为身后就是莫斯科!波动理论的全面失守将意味着麦克斯韦电磁体系的崩溃,但至少 
现在,微粒这一雄心勃勃的计划还难以实现。 
 
波动在稳住了阵脚之后,迅速地重新评估了自己的力量。虽然在光电问题上它无能为力, 
但当初它赖以建国的那些王牌武器却依然没有生锈和失效,仍然有着强大的杀伤力。微粒 
的复兴虽然来得迅猛,但终究缺乏深度,它甚至不得不依靠从波动那里缴获来的军火来作 
战。比如我们已经看到的光电效应,对于光量子理论的验证牵涉到频率和波长的测定,而 
这却仍然要靠光的干涉现象来实现。波动的立国之父托马斯•;杨,他的精神是如此 
伟大,以至在身后百年仍然光耀着波动的战旗,震慑一切反对力量。在每一间中学的实验 
室里,通过两道狭缝的光依然不依不饶地显示出明暗相间的干涉条纹来,不容置疑地向世 
人表明他的波动性。菲涅尔的论文虽然已经在图书馆里蒙上了灰尘,但任何人只要有兴趣 
,仍然可以重复他的实验,来确认泊松亮斑的存在。麦克斯韦芳华绝代的方程组仍然在每 
天给出预言,而电磁波也仍然温顺地按照他的预言以30万公里每秒的速度行动,既没有快 
一点,也没有慢一点。 
 
战局很快就陷入僵持,双方都屯兵于自己得心应手的阵地之内,谁也无力去占领对方的地 
盘。光子一陷入干涉的沼泽,便显得笨拙而无法自拔;光波一进入光电的丛林,也变得迷 
茫而不知所措。粒子还是波?在人类文明达到高峰的20世纪,却对宇宙中最古老的现象束 
手无策。 
 
不过在这里,我们得话分两头。先让微粒和波动这两支军队对垒一阵子,我们跳出光和电 
磁波的世界,回过头去看看量子论是怎样影响了实实在在的物质——原子核和电子的。来 
自丹麦的王子粉墨登场,在他的头上,一颗大大的火流星划过这阴云密布的天空,虽然只 
是一闪即逝,但却在地上点燃了燎原大火,照亮了无边的黑暗。



四 
 
1911年9月,26岁的尼尔斯•;玻尔渡过英吉利海峡,踏上了不列颠岛的土地。年轻的 
玻尔不会想到,32年后,他还要再一次来到这个岛上,但却是藏在一架蚊式轰炸机的弹仓 
里,冒着高空缺氧的考验和随时被丢进大海里的风险,九死一生后才到达了目的地。那一 
次,是邱吉尔首相亲自签署命令,从纳粹的手中转移了这位原子物理界的泰山北斗,使得 
盟军在原子弹的竞争方面成功地削弱了德国的优势。这也成了玻尔一生中最富有传奇色彩 
,为人所津津乐道的一段故事。 
 
当然在1911年,玻尔还只是一个有着远大志向和梦想,却是默默无闻的青年。他走在剑桥 
的校园里,想象当年牛顿和麦克斯韦在这里走过的样子,欢欣鼓舞地像一个孩子。在草草 
地安定下来之后,玻尔做的第一件事情就是去拜访大名鼎鼎的J。J。汤姆逊(Joseph John 
Thomson),后者是当时富有盛名的物理学家,卡文迪许实验室的头头,电子的发现者, 
诺贝尔奖得主。J。J。十分热情地接待了玻尔,虽然玻尔的英语烂得可以,两人还是谈了好 
长一阵子。J。J。收下了玻尔的论文,并把它放在自己的办公桌上。 
 
一切看来都十分顺利,但可怜的尼尔斯并不知道,在漠视学生的论文这一点上,汤姆逊是 
“恶名昭著”的。事实上,玻尔的论文一直被闲置在桌子上,J。J。根本没有看过一个字。 
剑桥对于玻尔来说,实在不是一个让人激动的地方,他的project也进行得不是十分顺利 
。总而言之,在剑桥的日子里,除了在一个足球队里大显身手之外,似乎没有什么是让玻 
尔觉得值得一提的。失望之下,玻尔决定寻求一些改变,他把眼光投向了曼彻斯特。相比 
剑桥,曼彻斯特那污染的天空似乎没有什么吸引力,但对一个物理系的学生来说,那里却 
有一个闪着金光的名字:恩内斯特•;卢瑟福(Ernest Rutherford)。 
 
说起来,卢瑟福也是J。J。汤姆逊的学生。这位出身于新西兰农场的科学家身上保持着农民 
那勤俭朴实的作风,对他的助手和学生们永远是那样热情和关心,提供所有力所能及的帮 
助。再说,玻尔选择的时机真是再恰当也不过了,1912年,那正是一个黎明的曙光就要来 
临,科学新的一页就要被书写的年份。人们已经站在了通向原子神秘内部世界的门槛上, 
只等玻尔来迈出这决定性的一步了。 
 
这个故事还要从前一个世纪说起。1897年,J。J。汤姆逊在研究阴极射线的时候,发现了原 
子中电子的存在。这打破了从古希腊人那里流传下来的“原子不可分割”的理念,明确地 
向人们展示:原子是可以继续分割的,它有着自己的内部结构。那么,这个结构是怎么样 
的呢?汤姆逊那时完全缺乏实验证据,他于是展开自己的想象,勾勒出这样的图景:原子 
呈球状,带正电荷。而带负电荷的电子则一粒粒地“镶嵌”在这个圆球上。这样的一幅画 
面,也就是史称的“葡萄干布丁”模型,电子就像布丁上的葡萄干一样。 
 
但是,1910年,卢瑟福和学生们在他的实验室里进行了一次名留青史的实验。他们用α粒 
子(带正电的氦核)来轰击一张极薄的金箔,想通过散射来确认那个“葡萄干布丁”的大 
小和性质。但是,极为不可思议的情况出现了:有少数α粒子的散射角度是如此之大,以 
致超过90度。对于这个情况,卢瑟福自己描述得非常形象:“这就像你用十五英寸的炮弹 
向一张纸轰击,结果这炮弹却被反弹了回来,反而击中了你自己一样”。 
 
卢瑟福发扬了亚里士多德前辈“吾爱吾师,但吾更爱真理”的优良品格,决定修改汤姆逊 
的葡萄干布丁模型。他认识到,α粒子被反弹回来,必定是因为它们和金箔原子中某种极 
为坚硬密实的核心发生了碰撞。这个核心应该是带正电,而且集中了原子的大部分质量。 
但是,从α粒子只有很少一部分出现大角度散射这一情况来看,那核心占据的地方是很小 
的,不到原子半径的万分之一。 
 
于是,卢瑟福在次年(1911)发表了他的这个新模型。在他描述的原子图象中,有一个占 
据了绝大部分质量的“原子核”在原子的中心。而在这原子核的四周,带负电的电子则沿 
着特定的轨道绕着它运行。这很像一个行星系统(比如太阳系),所以这个模型被理所当 
然地称为“行星系统”模型。在这里,原子核就像是我们的太阳,而电子则是围绕太阳运 
行的行星们。 
 
但是,这个看来完美的模型却有着自身难以克服的严重困难。因为物理学家们很快就指出 
,带负电的电子绕着带正电的原子核运转,这个体系是不稳定的。两者之间会放射出强烈 
的电磁辐射,从而导致电子一点点地失去自己的能量。作为代价,它便不得不逐渐缩小运 
行半径,直到最终“坠毁”在原子核上为止,整个过程用时不过一眨眼的工夫。换句话说 
,就算世界如同卢瑟福描述的那样,也会在转瞬之间因为原子自身的坍缩而毁于一旦。原 
子核和电子将不可避免地放出辐射并互相中和,然后把卢瑟福和他的实验室,乃至整个英 
格兰,整个地球,整个宇宙都变成一团混沌。 
 
不过,当然了,虽然理论家们发出如此阴森恐怖的预言,太阳仍然每天按时升起,大家都 
活得好好的。电子依然快乐地围绕原子打转,没有一点失去能量的预兆。而丹麦的年轻人 
尼尔斯•;玻尔照样安安全全地抵达了曼彻斯特,并开始谱写物理史上属于他的华彩 
篇章。 
 
玻尔没有因为卢瑟福模型的困难而放弃这一理论,毕竟它有着α粒子散射实验的强力支持 
。相反,玻尔对电磁理论能否作用于原子这一人们从未涉足过的层面,倒是抱有相当的怀 
疑成分。曼彻斯特的生活显然要比剑桥令玻尔舒心许多,虽然他和卢瑟福两个人的性格是 
如此不同,后者是个急性子,永远精力旺盛,而他玻尔则像个害羞的大男孩,说一句话都 
显得口齿不清。但他们显然是绝妙的一个团队,玻
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