就在差不多的時候,愛因斯坦也收到了一封陌生的來信,寄信地址讓他吃驚不已:居然是來自遙遠的印度!寫信的人自稱名叫玻色(S.N. Bo),他謙虛地請求愛因斯坦審閱一下他的論文,看看有沒有可能發表在《物理學雜誌》(Zeitschrift für Physik)上麵。愛因斯坦一開始不以為意,隨手翻了翻這篇文章,但馬上他就意識到,他收到的是一個意義極為重大的證明。玻色把光看成是不可區分的粒子的集合,從這個簡單的假設出發,他一手推導出了普朗克的黑體公式!愛因斯坦親自把這篇重要的論文翻譯成德文發表,他隨即又進一步完善玻色的思想,發展出了後來在量子力學中具有舉足輕重地位的玻色-愛因斯坦統計方法。服從這種統計的粒子(比如光子)稱為“玻色子”(boson),它們不服從泡利不相容原理,這使得我們可以預言,它們在低溫下將表現得非常不同,形成著名的玻色-愛因斯坦凝聚現象。2001年,3位分別來自美國和德國的科學家因為以實驗證實了這一現象而獲得諾貝爾物理學獎,不過那已經超出我們史話所論述的範圍了。
玻色-愛因斯坦統計的確立是微粒在光領域的又一個裏程碑式的勝利。原來僅僅把光簡單地看成全同的粒子,困擾人們多時的黑體輻射和別的許許多多的難題就自然都迎刃而解!這叫微粒又洋洋得意了好一陣子。不過,就像當年的漢尼拔,它的勝利再如何輝煌,也仍然無法摧毀看上去牢不可破的羅馬城——電磁大廈!無論它自我吹噓說取得了多少戰果,在雙縫幹涉條紋前還是隻好忍氣吞聲。反過來,波動也是處境艱難。它隻能困守在麥克斯韋的城堡內向對手發出一些蒼白的嘲笑,麵對光電效應等現象,仍然顯得一籌莫展,束手無策。波動後來曾經發動過一次小小的突擊,試圖繞過光量子假設去解釋康普頓效應,比如J.J.湯姆遜和金斯等人都分別提出過一些基於經典理論的模型,但這些行動最終沒能達到預定的目標,最後不了了之。在另一方麵,波動企圖在短期內閃電戰滅亡電子的戰略意圖則因為微粒聯合軍的頑強抵抗很快就化作泡影,整個戰場再次陷入僵持。
人們不久就意識到,無論微粒還是波動,其實都沒能在“德布羅意事變”中撈到實質性的好處。雙方各派出一支奇兵,在對手的腹地內做活一塊,但卻沒有攻占任何有重大戰略意義的據點。在老戰線上,誰都沒能前進一步,隻不過現在的戰場被無限擴大了而已。第三次波粒戰爭不可避免地演變為一場曠日持久的拉鋸戰,誰也看不到勝利的希望。
玻爾在1924年曾試圖給這兩支軍隊調停,他和克喇默斯(Kramers)還有斯雷特(Slater)發表了一個理論,以三人的首字母命名,稱作BKS理論。BKS放棄了光量子的假設,但嚐試運用對應原理,在波和粒子之間建立一種對應,這樣一來,就可以同時從兩者的角度去解釋能量轉換。可惜的是,波粒正打得眼紅,哪肯善罷甘休,這次調停成了外交上的徹底失敗,不久就被實驗所否決。戰火熊熊,燃遍物理學的每一寸土地,同時也把它的未來炙烤得焦糊不清。
1925年,物理學真正走到了一個十字路口。它迷茫而又困惑,不知道前途何去何從。昔日的經典輝煌已經變成斷瓦殘垣,一切回頭路都被斷絕。如今的天空濃雲密布,不見陽光,在大地上投下一片陰影。人們在量子這個精靈的帶領下一路走來,沿途如行山陰道上,精彩目不暇接,但現在卻突然發現自己已經身在白雲深處,彷徨而不知歸路。放眼望去,到處是霧茫茫一片,不辨東南西北,叫人心中沒底。玻爾建立的大廈雖然看起來還是頂天立地,但稍微了解一點內情的工程師們都知道它已經幾經裱糊,傷筋動骨,搖搖欲墜,隻是仍然在苦苦支撐而已。更何況,這個大廈還憑借著對應原理的天橋,依附在麥克斯韋的舊樓上,這就更教人不敢對它的前途抱有任何希望。在另一邊,微粒和波動打得烽火連天,誰也奈何不了誰,長期的戰爭已經使物理學的基礎處在崩潰邊緣,它甚至不知道自己是建立在什麼東西之上。
不過,我們也不必過多地為一種悲觀情緒所困擾。在大時代的黎明到來之前,總是要經曆這樣的深深的黑暗,那是一個偉大理論誕生前的陣痛。當大風揚起,吹散一切嵐霧的時候,人們會驚喜地發現,原來他們已經站在高高的山峰之上,極目望去,滿眼風光。
那個帶領我們穿越迷霧的人,後來回憶說:“1924到1925年,我們在原子物理方麵雖然進入了一個濃雲密布的領域,但是已經可以從中看見微光,並展望出一個令人激動的遠景。”
說這話的是一個來自德國的年輕人,他就是維爾納·海森堡(Werner Heinberg)。
在本史話第二章的最後,我們已經知道,海森堡於1901年出生於巴伐利亞州的維爾茲堡(Würzburg),他的父親後來成為了一位有名的研究希臘和拜占庭文獻的教授。小海森堡9歲那年,他們全家搬到了慕尼黑,他的外祖父在那裏的一間名校(叫做Maximilian Gymnasium的)當校長,而海森堡也自然進了這間學校學習。雖然屬於“高幹子弟”,但小海森堡顯然不用憑借這種關係來取得成績,他的天才很快就開始讓人吃驚,特別是數學和物理方麵的,但是他同時也對宗教、音樂和文學表現出強烈興趣。這種多才多藝預示著他將來不但會成為一位劃時代的物理學家,同時也會在哲學史上留有一席之地。
1919年,海森堡參予了鎮壓巴伐利亞蘇維埃共和國的軍事行動,當然那時候他還隻是個大男孩,把這當成一件好玩的事情而已。對他來說,更嚴肅的是在大學裏選擇一條怎樣的道路。當他進入慕尼黑大學後,這種選擇便很現實地擺在他麵前:是跟著林德曼(Ferdinand von Lindemann),一位著名的數學家學習數論呢,還是跟著索末非學習物理?海森堡終於選擇了後者,從而邁出了一個科學巨人的第一步。