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正傳:13.物理學(xué)男孩兒

 星光閃亮圖書館 2016-10-09

要說泡利這輩子最佩服的人,大約只有三個(gè)半。對于師弟海森堡,那是佩服一半。算是半個(gè)人。因?yàn)楹Iさ奈锢碇庇X極強(qiáng),眼光獨(dú)到,瞄準(zhǔn)一個(gè)點(diǎn)上就能有突破。泡利在這點(diǎn)上是十分佩服的。但是嘴上依然不服。然后就輪到排第三的愛因斯坦了。雖然經(jīng)常火力全開,鬧的愛因斯坦招架不住。但是畢竟愛因斯坦是一代宗師。1945年泡利獲得諾貝爾獎(jiǎng)的時(shí)候,愛因斯坦他們一伙兒同事在普林斯頓給泡利搞了慶祝,泡利感激的不行。愛因斯坦在他心中的地位還是很高的。

愛因斯坦排第三位。排在第二位的人,那就是玻爾。愛因斯坦不同意不確定性原理。玻爾基本上跟泡利是同一陣營的。而且玻爾還是泡利在事業(yè)上的一位重要的導(dǎo)師。這個(gè)后文要提到。

那么泡利最敬重的人是誰呢?那就是他授業(yè)的恩師索末菲。索末菲很威嚴(yán),也很和藹。泡利那么狂傲的人,見了索末菲,立刻就拘謹(jǐn)了好多。哪怕后來成名成家了,見到導(dǎo)師索末菲一進(jìn)屋,那泡利立刻就站起來相迎。在老師面前謹(jǐn)遵弟子禮。索末菲是那種謹(jǐn)遵老派的德國范兒的人……

當(dāng)年海森堡剛到索末菲門下的時(shí)候,索末菲正在研究玻爾的原子模型。玻爾的原子模型里面描述了,電子圍著原子核轉(zhuǎn)圈,走的是圓軌道。而且是能在某些軌道之間跳來跳去。你想出現(xiàn)在中間狀態(tài),那是不可能的。說白了就是把不連續(xù)概念,引入了原子結(jié)構(gòu)模型。索末菲對玻爾的模型很推崇。索末菲就是這個(gè)脾氣。愛因斯坦的狹義相對論一發(fā)表。索末菲立刻就表示支持。他對新鮮事物接受的非常快。這與他那個(gè)老派的德國范兒形成鮮明的對比。但是他發(fā)現(xiàn),玻爾的模型雖然路數(shù)對頭,但是還是太粗糙了。索末菲就開始改進(jìn)玻爾的模型。首先的一個(gè)大改進(jìn),就是用橢圓軌道代替了玻爾的圓軌道。這樣的話,好多問題就可以搞定了。

波爾模型的成功在于它可以解釋氫的光譜線。以及重元素的X射線譜線。但是后來人們發(fā)現(xiàn),氫的光譜線是有寬度的。不是很細(xì)的條子。里面還可以分解成非常細(xì)的結(jié)構(gòu)。譜線遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是一條這么簡單。索末菲就提出了橢圓軌道模型。也就是說,電子走的不是圓軌道。那么電子就不再是勻速圓周運(yùn)動(dòng)了。而且電子的速度也很快啊。索末菲一想不對勁啊。速度太快的運(yùn)動(dòng)不能僅僅用經(jīng)典力學(xué)。這需要把愛因斯坦的狹義相對論給引進(jìn)來。索末菲就賺這個(gè)便宜,因?yàn)樗戎С至孔踊?,也支持相對論。一般的人要是只信這個(gè)不信那個(gè)。那就不可能在這個(gè)問題上有進(jìn)展。而且,索末菲認(rèn)為,不僅僅是軌道長軸是量子化的。而且自由度也是量子化的。最后索末菲就推出了光譜線應(yīng)該是有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的。他推算出的公式里面有一個(gè)常數(shù),被稱為精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)。大約是1/137。作為索末菲的學(xué)生,泡利對這個(gè)精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)謹(jǐn)記在心啊。一直到臨終前都念念不忘。為啥呢?因?yàn)樗》刻柷『靡彩?37。

要知道氫光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu),跟當(dāng)年的那個(gè)塞曼效應(yīng)很相似。塞曼效應(yīng)是指,在磁場里面一根譜線會發(fā)生分裂。精細(xì)結(jié)構(gòu)則表明,哪怕沒有磁場影響,譜線仍然是復(fù)雜的。洛倫茲和他的學(xué)生塞曼通過他們的電子學(xué)說,解釋了塞曼效應(yīng),索末菲就開始動(dòng)用自己的理論去搞搞看。他也能解決這個(gè)問題。后來就把玻爾的模型跟索末菲的擴(kuò)展合并到一起,成為了玻爾-索末菲模型。在索末菲的計(jì)算里面,量子化與過去的經(jīng)典力學(xué)是可以調(diào)和的。后來索末菲又和史瓦西一起,搞了原子光譜方面的研究。叫做索末菲——史瓦西理論。然后呢,史瓦西就得了一種罕見的皮膚病去世了。那是在第一次世界大戰(zhàn)期間的事兒了。

索末菲原來是學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)出身的。他是林德曼教授的學(xué)生。他后來轉(zhuǎn)向了物理學(xué)。他常常對海森堡這些人說。你們要想成為優(yōu)秀的物理學(xué)家,有三件事要做,1.學(xué)習(xí)數(shù)學(xué);2.學(xué)習(xí)更多的數(shù)學(xué);3.堅(jiān)持前兩條。泡利、海森堡……等等一大堆的學(xué)生就是被他這么給教育出來的。索末菲最擅長的事兒就是拿過別人的理論,然后用數(shù)學(xué)加以完善和擴(kuò)展。對玻爾的原子模型,他就是這么干的。因此后來有人管他叫“數(shù)學(xué)雇傭軍”??赡苓@也是他與諾貝爾獎(jiǎng)失之交臂的一個(gè)原因吧。說到底,諾貝爾獎(jiǎng)還是更喜歡那種能夠靈光乍現(xiàn)和臨門一腳的人。

索末菲還有一個(gè)特點(diǎn),那就是對新知識特別關(guān)注。就從對相對論和量子論的接受程度就可以得到體現(xiàn)。他也總是及時(shí)的把最新的思想告訴學(xué)生們。他每個(gè)禮拜都要和學(xué)生們單獨(dú)談話。跟每個(gè)學(xué)生都保持密切聯(lián)系。對每個(gè)學(xué)生他都很了解。比如說海森堡把,他建議海森堡學(xué)習(xí)要循序漸進(jìn),先做容易的東西,再做難的東西。因?yàn)橐簧鲜志妥鲭y題,萬一做不出來,那就容易喪失信心。而且也容易浪費(fèi)大量時(shí)間。

索末菲還推薦泡利和海森堡去哥廷根大學(xué)找波恩學(xué)習(xí)一陣兒。他倆就去了。波恩也很賞識這兩個(gè)年輕人。雖然泡利還是一如既往的嘴臭。波恩也有個(gè)研討班,也搞了一幫子拔尖兒的學(xué)生在一起深造。他這個(gè)研討班的氣氛是相當(dāng)?shù)淖杂砷_放,他們有一個(gè)理念,那就是:愚蠢的問題不僅僅允許,而且受歡迎。進(jìn)了這個(gè)研討班的都是物理學(xué)的尖子生。大家討論起來無拘無束,熱熱鬧鬧的。海森堡下課了站起來一回頭,看見大數(shù)學(xué)家希爾伯特就坐在教室后邊。原來他跑這個(gè)班上來聽課來了。要知道希爾伯特號稱“數(shù)學(xué)界的無冕之王”。那就好比20世紀(jì)數(shù)學(xué)界的泰山北斗一般。而且人家在物理學(xué)方面也有貢獻(xiàn)。1913年,他聽了海因斯坦有關(guān)廣義相對論的報(bào)告,那時(shí)候愛因斯坦還沒完成最后的推算。但是廣義相對論思想已經(jīng)比較完善了。希爾伯特回去,沒多長時(shí)間就把廣義相對論的方程式給推出來了。還搶在了愛因斯坦之前。因?yàn)閺V義相對論是建立在黎曼幾何的基礎(chǔ)之上的,對于大數(shù)學(xué)家希爾伯特來講,那是玩兒的得心應(yīng)手。后來還有人覺得希爾伯特應(yīng)該也算廣義相對論的提出者,也應(yīng)該有他一份功勞。但是希爾伯特說了一句意味深長的話。那就是哥廷根每個(gè)人都比愛因斯坦更懂黎曼幾何,但是提出廣義相對論的只能是愛因斯坦。可見希爾伯特在物理學(xué)方面功底子也是深不可測……



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