神童对宝驹，粒子对波形

毫无疑问，海森堡的光辉发现标志着物理学中最伟大的突破时刻之一。但它也树立起了这样一个观点：靠直觉来理解原子内部在发生什么是行不通的。当埃尔温·薛定谔于1925年12月发现了一个把电子描述为波的方程时，这一点就变得显而易见。

顺便提一下当时的情况是，薛定谔的婚姻再一次出现了麻烦。他的妻子安妮与他最要好的朋友，数学家赫尔曼·外尔（Hermann Weyl）有了恋情，而外尔的妻子则爱上了物理学家保罗·谢尔（Paul Scherrer）。哪怕对于“赛场宝驹”薛定谔，这也是太过分了，他决定带上一位旧情人，离开苏黎世，去阿罗萨过圣诞节。离他开始行程还只剩一两个星期的时候，薛定谔注意到了德布罗意的假说，电子可以被理解为波。那么这幅画面所缺的就是用方程来描述这样一种波的能量和时间演进了。外尔以为，薛定谔在阿罗萨的两个星期中肯定经历了“一场迟来的艳情大爆发”[19]。事实上，当薛定谔1926年1月初返回苏黎世的时候，他随身带着的是用于求解量子波的方程的第一稿。他深信，“只要我能……解开它，它一定会非常美丽”[20]。在外尔的帮助下，到了1月底的时候薛定谔不仅解开了他的方程，还确定了氢原子光谱，并把他的研究结果付诸出版。

这下市场上就有了两个互相竞争的理论。一个对大自然的描述是，粒子以量子跃迁的方式从一个地方移动至另一个地方，受到概率法则的约束；而另一个对它的描述则是通过“具有确定性”的连续波形。一旦在时间中的某个瞬间知道了薛定谔波形的状态，就可以轻而易举地确定它未来的演进。与海森堡的矩阵力学不同的是，薛定谔的波形力学既优雅又富有直觉，要掌握它也不需要使用物理学家们不熟悉的数学工具。薛定谔总结道，粒子，很快就会显出来它什么也不是，只不过是一束互相重叠的波产生了一堆能量，与大海中偶尔出现的畸形波相似。

海森堡不这么认为。“我越对薛定谔理论的物理学部分进行思考，我越觉得它令人反胃，”他这样写信给泡利，“薛定谔所写的那些关于他的理论可以被视觉化的内容，可能不大正确，换句话说它就是排泄物而已。”[21]甚至在薛定谔已经证明了他的方法再现出了与海森堡同样的结果时，这场争论仍怒不可遏地继续着。事实上，后来证明薛定谔的波理论确有问题。如果把它们解释为正常空间中的一些振荡场，则它们消散的速度太快了，没办法用来说明实验中观察到的像粒子一样的表现。马克斯·玻恩证明，波的振幅可以被解释，这样就可以为在相应位置找到一个粒子提供一个概率[22]；后来又把薛定谔的量子波考虑为并非一个真实的物体，而只不过是一个工具，玻恩形容为“是纯粹数学上的东西”[23]。通过规定量子物理学的法则只产生概率，而非具体的因果关系，玻恩牺牲掉了“因果”和“确定性”这两个原则，这是从伊萨克·牛顿以来旧的、“经典”物理学核心里面的东西：在物理学世界里没有任何事物会无缘无故发生；以及知道了一个物理系统在某一时刻的确切状态之后，就有可能确定它以后的行为表现。玻尔和海森堡同意玻恩的看法。他们认可薛定谔的形式理论使许多计算得以简化，但都同样否定了薛定谔的波理论与原子内部的真实情况能有任何关联。海森堡后来这样回忆道，“虽然玻尔正常情况下在与人打交道的时候最为周到且友善，但他现在令我吃惊，差不多就像个决绝的狂热分子，一个不打算做出最微小让步或行一点点方便的人”[24]。

在这个时候，阿尔伯特·爱因斯坦越来越坐不住了。在接下来的1926年春天，海森堡出差到柏林举办讲座。在他作完报告之后，爱因斯坦邀请这个年轻人去他的公寓。他们刚一到那里，爱因斯坦就开始向海森堡的思路发起挑战。海森堡的想法是把世界分成两个单独的领域：我们日常生活的经典世界（在这里所有东西都有确定的位置和特性，物理法则的因果关系决定着它们的未来走向），以及一个量子领域，它是不能用日常语言描述的。更糟的是，爱因斯坦批评道，由于海森堡的形式体系完全放弃了原子内部的电子轨道这个概念，它就解释不了量子领域的真正性质，它只是把观察者由测量结果得到的认知总结了一下。“你是在非常薄的冰面上移动呢”[25]，他警告海森堡。爱因斯坦有这种感觉，量子力学一定还不完整，表象下面应该有个隐态的内在真相。海森堡失落地离开了那次会面，因为没能说服他如此敬仰的这位人物。不管怎样，爱因斯坦的一些论点还是击中了要害。

与爱因斯坦会晤之后，海森堡紧接着就面临一个艰难的选择。在盘算好去哥本哈根接受尼尔斯·玻尔门下的另一个博士后职位之后，又有人向这位才华横溢的年轻人开出去莱比锡的价码，是个教授职位。不到三年之前，海森堡差点就没通过他的博士学位考试，因为他对显微镜、望远镜的分辨率或电池的功能这类简单问题都没能回答上来。威廉·维恩（Wilheim Wien），1911年诺贝尔物理学奖得主和实验物理学的领头人，甚至以前就对这位年轻理论家的实验室实操课成绩之差万般无奈，现在在海森堡的导师阿诺德·索末菲（Arnold Sommerfeld）的劝说下，只能勉强同意让他通过，给他判了中等偏下的成绩。海森堡吓坏了，毫不夸张地说，他逃离了慕尼黑，连夜乘火车跑到哥廷根，单为第二天早上能出现在马克斯·玻恩面前，并且脸上带着惭愧的表情，吃不准人家是不是还欢迎他来到这个博士后的位置。这段时期的战后德国，在饥饿、世道艰难和住房紧缺仍然普遍存在的情况下，他却差不多要婉拒这份去莱比锡做教授的开价，对于这么年轻的一位科学家来说这可是天大的荣誉。虽然他父亲是拜占庭研究方面的教授，极力催促他去接受莱比锡的职位，但爱因斯坦和其他资深物理学家都劝他去跟着玻尔工作。海森堡决定赌一把高风险，就去了哥本哈根。“我总会再接到邀请的，否则就不该是我的。”[26]他对父母担保说。

量子力学的哥本哈根派诠释的发展舞台就这样铺就了。在物理学的基础研究方面，它既是祝福也是诅咒，持续了差不多一个世纪之久。