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发帖数: 5763 | 1 "噢，那正是我要找的石头"
作者：杨振宁/刘兵 译
沃纳·海森堡（Werner Heisenberg）是历史上最伟大的物理学家之一。
当他作为一个年轻的研究者开始工作时，物理学界正处于一种非常混乱而且令人灰
心丧气的状态，对此，A·派斯曾用狄更斯在《双城记》中的话，将其描述为："这是希
望的春天，这是绝望的冬天"。
人们在做的是一场猜谜游戏：纯粹是通过直觉，一次又一次地，有人提出一些临时
方案，惊人地解释了光谱物理学中某些规则，这些了不起的成就会让人欢欣鼓舞。可是
进一步的工作总是揭示出新方案的自相矛盾或不完善，于是又带来了失望。在最后的光
明到来之前的那些年月中，这种司空见惯的起伏不定典型地反映在W·保利在1925年前
后四个月中写给R·克罗尼希的两封信中：
物理再一次走入了死胡同。至少对我来说，物理是太困难了。
海森堡的力学让我恢复了对生活的兴趣。
在第二封信中，保利提到的是海森堡在1925年夏天所做的工作。不过这一次与以前
那些充满欢欣与希望但又总是给人带来失望的时期不同，这是物理学中一个新时代的开
端。因为就在保利写这两封信之间的那段时间，海森堡独自在赫里戈兰渡假时，得到了
一个新的想法，这个新想法将给由牛顿在大约250年前最先建立的伟大的力学科学带来
革命。它带来了无疑是人类历史中最伟大的智力成就之一的新科学，即量子力学。
对于这一震惊世界的成就，或是对于这一成就的应用后果，怎样讲都不能算是夸张
。许多年以后，在回忆当时是如何寻找新的方向使这一关键的想法呈现时，海森堡以登
山作为类比：
有些时候你想攀登某座山峰，但到处都是雾气……你虽然有地图或其他甚么东西指
示你可能要去的地方，但你依然在雾中完全迷失方向。这时，你突然在迷雾中模模糊糊
地看到一些细微的东西，你会说"噢，那正是我要找的石头"。在你看到它的这一瞬间，
整个情况完全改变了，尽管你并不知道是否你会走到石头那里，但此时你会说，"现在
我知道我在那里了，我必须再走近一点，那样我肯定就会找到要走的路"，就像在任何
登山运动那样，我可以说，好了，我要再前行15码，或100码，甚至也许是一公里，但
我仍不知道是走对了，还是完全偏离了正路。
这是一份极为有趣的自我分析。这个比喻揭示了海森堡如何看待他自己的创造过程
，这确实是对他在物理学中大多数重要工作的一种恰当的描述。
1925年9月的论文一旦打开了大门，M·由玻恩、P·约尔丹、P·A·M·狄拉克和海
森堡本人所写的许多重要论文便相继迅速地随之而来。接着保利以雷霆万钧之力证明了
海森堡的力学确实正确地给出氢的光谱，这对所有追随海森堡的人来说是一种极大的精
神鼓舞。从而，下一个关键的问题就是下一个原子，即氦的光谱了。但这里有一个首先
要克服的障碍：人们从实验中得知，氦的两个电子或是具有平行的自旋，或是具有反平
行的自旋，因而它有两种不同的形式，即三重态或单态。奇怪的是，为甚么在三重态和
单态的基态间有如此巨大的能量差。S·M·戈德史密特是电子自旋的发现者之一， N·
玻尔让他解决这个问题，但他没有成功。于是玻尔要海森堡来做，海森堡确实找到了答
案--即反对称的波函数等等。
在这里面，海森堡发现的还要更重要：他发现神秘的保利不相容原理与两个电子的
波函数的反对称相关，这一要求反过来导致了单态和三重态被一个由交换积分来近似地
表示的能量差所分开，而且这个交换积分具有库仑相互作用的数量级，足以解释被观察
到的巨大的能量差。
他特色鲜明地做到这点，既不是通过与实验相吻合的完整计算，也不是通过对波函
数进行完整的理论分析（这项工作是狄拉克后来在1926年做的），而是在摸索的过程中
觉察到了本质性的线索：
你突然在迷雾中模模糊糊地看到一些细微的东西，你会说"噢，那正是我要找的石
头"。
这是在他了解对此想法的数学意义之前。达到一种新的本质性的线索--还不十分清
晰的线索--的这种能力，是海森堡之天才的标志。他真正让人震惊的能力，就是能在模
糊而不确定地、以直觉而不以逻辑的方式，觉察出控制物理宇宙的基本定律的本质性线
索。
从海森堡在另一个完全不同的领域的工作中，可以找到其天才的另一个范例。这是
关于在两块平行板之间的湍流突然出现的问题。这是一个著名的问题，他在A·索莫斐
尔德的指导下研究这一问题。令人惊奇的是，他猜出了对这一问题的近似解。
1928年，狄拉克以其关于电子的相对论方程让所有的物理学家都感到震惊。这个方
程是如此的简单，又是如此的意义深刻：它说明了为甚么电子有1/2的自旋，说明了为
甚么电子有在实验中观察到的磁矩，说明了为甚么电子有同样是从实验中得知的自旋-
轨道偶合。
这是一项天才的卓越工作，它肯定使年轻的海森堡既钦佩又恼火。1928年5月3日，
他写信给保利说："为了不永远因狄拉克而烦恼，我做了一些别的事情以求改变（心情
）"。
这"一些别的事情"成了另一项划时代的成就：它解释了在铁磁体中相邻自旋之间很
大的相互作用的起源，为现代理解一个磁体为什么是一个磁体奠定了基础。
在1925-1932年间，由于在物理学中有如此众多的革命性成就，显然是为主要的贡
献者授予诺贝尔奖的时候了。1932年底，瑞典皇家科学院宣布1932年的物理学奖延期。
一年后，在1933年底，它宣布：因为创立量子力学，特别是它的应用导致了对氢的同素
异形的发现，将1932年的奖授予海森堡。而1933年的奖则同时授予薛定谔和狄拉克，这
是因为发现了新的富有成效的原子理论形式。
1932年和1933年奖的这种同时而不对称的颁发，以及在颂辞中的用语，明显地是诺
贝尔奖委员会中复杂的内部讨论的结果。
当此海森堡百年诞辰纪念中，我们很自然地注意到，在1900-1902年这三年间，有
四位20世纪伟大的物理学家诞生：
保利（1900-1958）、费米（1901-1954）、海森堡（1901-1976）、狄拉克（1902-
1984）。
这四人中，每一位都对物理学作出了伟大的贡献，每一位都以与众不同的风格来从
事物理学研究。我们可以对他们每个人的风格的主要特征做总结吗？几年前，在一篇以
中文写的题为《美与物理学》的文章中，我曾尝试将海森堡与狄拉克进行比较。把这样
的讨论拓宽，将他们四个人一起进行比较应是有趣的事。在古代中国的艺术与文学批评
中有这样一种传统，是选用很少几个词来印象式地描绘每个画家或诗人的独特风格。现
在允许我用同样的方法对这四位伟大的物理学家进行初步的尝试性比较，不过我用的是
英文：
保利--威力（power）
费米--稳健，有力（solidity, strength）
海森堡--深刻的洞察力（deep insight）
狄拉克--笛卡尔式的纯粹（cartesian purity）
第二次世界大战之后，海森堡曾多次到美国旅行，我有机会聆听了他数次在美国和
在欧洲的演讲。其中有一次，1958年他在欧洲原子核研究所召开的罗切斯特高能物理学
大会的演讲，是最戏剧性并且令人难忘的。他谈的是他部分地与保利合作的关于"世界
方程"的工作，这是对工作的总结，也是在由保利主持的会议上的主要发言。在大会之
前几个月，保利决定退出合作，并对海森堡做了一些非常嘲讽的公开评论。这天，听众
大多数人都是我们这一代的物理学家。我们知道这两个人之间关系紧张。尽管如此，我
们还是没有料到保利在海森堡发言结束时为嘲笑这一工作而使用的措词，诸如"愚蠢"、
"废话"、"垃圾"。这正是保利在这次戏剧性的场合中所使用的辞汇。海森堡则很冷静，
而且是非常镇静地对待保利的攻击。他站在自己的立场上寸土不让，但却没有使用任何
带有感情色彩的词语。这似乎只是给保利的凶猛火上浇油。在听众中，我们都很惊讶。
在这两个我们都佩服和尊敬的人之间这一令人尴尬争辩中，我们都觉得相当不自在。
今天，在回忆那次会议上所发生的事情时，与保利的勃然大怒和讽刺挖苦相比，海
森堡拒绝保利的公开挑衅的能力给我留下了深刻的印象。
20世纪70年代，海森堡出版了他的自传《物理与物理之外》，对他早年参与青年运
动、对他研究的开端、对在赫里戈兰日出时的突破、对希特勒的兴起及其对德国的影响
，都作了敏感的低调描述，而且，也叙述了他在战争期间和在战后重建期间的经历。他
追忆了与爱因斯坦、狄拉克、欧拉、费米、玻尔以及其他一些人的重要谈话。人们在字
里行间中可以感受到他对祖国的深爱。在描述了他及家人在战争快要结束时遭受的苦难
后，他写到：
5月4日，当帕什上校带领一小股美军先遣部队将我俘虏时，我感到就像是一个完全
精疲力尽了的游泳者脚踩在了坚实的土地上。
夜间，雪花飘落，当我离开时，春天的太阳在深蓝的天空中照耀着我们，把它耀眼
的光芒播撒在雪原上。一位来抓获我的美国兵，曾在世界上许多地方作过战，我问他是
否喜欢我们的山中湖泊，他告诉我说，这是他所见过的最美丽的景色。
何等痛苦！何等深爱！这些都在他胸中起伏！
在第二次世界大战之后，海森堡不是一个快乐的人。围绕着他在战争期间做了些什
么和没做什么，有众多的争论。就此，人们写出了许多著作，而还有更多的著作将会问
世。但尘埃终将落定。最终，将为人们记住的，是他在23岁时发动的那场改变了整个世
界的伟大革命。
1; 3 Abraham Pais, Niels Bohr's Times (Oxford: Clarendon Press, 1991). Title
of Section 10; 276.
2 In Wolfgang Pauli, Scientific Correspondence, vol. 1 (New York: Springer-
Verlag, 1979).
4; 5; 6; 7 Jagdish Mehra and Helmut Rechenberg, Historical Development of
Quantum Theory, vol. 3 (New York:
Springer-Verlag, 1982), 283; 300; chap. V.6; 286 .
8 C. C. Lin in Quarterly of Applied Mathematics (1945).
9 Heisenberg's letter to Sommerfeld was dated October 6, 1947. See Mehra and
Rechenberg, Historical Development of
Quantum Theory, vol. 2 (New York: Springer-Verlag, 1982), 65.
10 Abraham Pais, Inward Bound (New York: Oxford University Press, 1986), 348
.
11 杨振宁：《美与物理学》，《二十一世纪》（香港中文大学中国文化研究所），
1997 年 4 月号，页 71-79。
*为纪念海森堡百年诞辰（1901-2001）而作。
原载《二十一世纪》双月刊，2002 年 4 月号（香港中文大学 中国文化研究所）
，页 103-108。 | h********0
发帖数: 12056 | 2 其实老杨讲起科学史来很是naive，没什么深度。 | a****a
发帖数: 5763 | 3 我觉得挺有深度的
可能对你来说不够深
【在 h********0 的大作中提到】
: 其实老杨讲起科学史来很是naive，没什么深度。
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