王震元

波爾原子新模型的啟示

1911年10月29日，在創(chuàng)立熱力學(xué)第三定律的德國科學(xué)家能斯特的積極籌劃下，具有歷史意義的第一屆索爾維國際物理學(xué)會議，在比利時(shí)的布魯塞爾大都會飯店舉行。由于會議得到了化工實(shí)業(yè)巨頭索爾維的資助，因而會議冠以他的姓氏。參加此次會議的共有21位頂級科學(xué)家，包括普朗克、愛因斯坦、居里夫人等人。此次會議的主題是“輻射理論和量子”。在長達(dá)5天的熱烈討論中，與會的科學(xué)家清楚地看到了經(jīng)典物理學(xué)的嚴(yán)重裂痕，也對日后量子理論的宣傳和推廣起到了積極的作用。特別是其中一位來自新西蘭的物理學(xué)家盧瑟福，通過實(shí)驗(yàn)成功地建立了原子結(jié)構(gòu)的“小太陽系模型”。他形象地將其表述為：在原子中心有一個(gè)帶陽電的核，它的質(zhì)量幾乎等于該原子的全部質(zhì)量。電子在它周圍沿著不同軌道旋轉(zhuǎn)，就像行星繞太陽旋轉(zhuǎn)那樣。由于電子在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力，跟原子核對電子的吸引力達(dá)到了平衡，因而兩者能夠保持一定的距離，就像行星和太陽之間保持一定距離那樣。

盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型，與湯姆遜早期的“果子面包模型 ”相比，雖然有了重大進(jìn)步，但仍有一個(gè)矛盾無法自圓其說。這是因?yàn)榘凑战?jīng)典物理學(xué)的觀點(diǎn)，電子運(yùn)動(dòng)時(shí)必然要連續(xù)不斷地輻射能量，而這會使原子體系的能量越來越少，最后電子必然墜入原子核中，導(dǎo)致整個(gè)原子的“毀滅”。事實(shí)當(dāng)然并非如此。

盧瑟福回到英國劍橋大學(xué)后，向與他一起工作的丹麥年輕物理學(xué)家波爾詳細(xì)地介紹了索爾維會議的精神，波爾深受啟發(fā)。1912年7月，波爾回到哥本哈根后，就開始運(yùn)用量子理論解決盧瑟福原子模型的矛盾，這項(xiàng)研究工作進(jìn)展得十分順利。1913年年初，波爾就在一篇名為《原子結(jié)構(gòu)和分子構(gòu)造》的論文中，明確指出原子中的電子在自己軌道上繞著原子核旋轉(zhuǎn)時(shí)，這種軌道不是任意的，而必須符合相應(yīng)的量子條件。只有當(dāng)電子吸收或放出的能量符合普朗克公式時(shí)，才會從一個(gè)軌道轉(zhuǎn)移到另一個(gè)軌道。因而，這種軌道又是十分穩(wěn)定、不可能放出能量的。1914年，德國物理學(xué)家弗蘭克和赫茲聯(lián)手通過電子碰撞汞原子的稀薄蒸汽實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)原子內(nèi)部的能量是不連續(xù)的，從而驗(yàn)證了波爾的理論，并被國際學(xué)術(shù)界接受。1922年，波爾因創(chuàng)立這項(xiàng)理論而榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這當(dāng)然是后話。

這時(shí)，對此出乎意料的卻是普朗克本人。原來，他雖然提出了具有非凡革命意義的量子理論，但由于他并非是一個(gè)自覺的革命者，因而長期惴惴不安，最終沒能堅(jiān)守住自己的理論，甚至出現(xiàn)了徘徊和倒退。有一次，普朗克對陪同他散步的兒子說：“我現(xiàn)在所做的事或者毫無意義，或者可能成為繼牛頓之后物理學(xué)上最大的發(fā)現(xiàn)?！?909年，他又告誡世人道：“在將作用量子h引入理論時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能保守行事。這就是說，除非業(yè)已表明絕對必要，否則不要改變現(xiàn)有的理論?！?910年，他認(rèn)為能量發(fā)射過程，時(shí)間上是不連續(xù)的，但吸收則是連續(xù)的。到了1914年，普朗克的認(rèn)知更往后倒退，認(rèn)為發(fā)射過程也是連續(xù)的了。直到波爾的氫原子模型獲得公認(rèn)后，普朗克才放棄了“企圖使基本作用量子與經(jīng)典理論調(diào)和起來的這種徒勞無益的打算”。然而時(shí)不我待，普朗克已經(jīng)跟不上量子力學(xué)繼續(xù)勝利大進(jìn)軍的步伐了！

當(dāng)然，普朗克對量子理論的開拓性貢獻(xiàn)也是不容置疑的。他也因此榮獲1918年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他在頒獎(jiǎng)現(xiàn)場的答辭中，說到自己發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識“作用量子”漫長而曲折的道路時(shí)，引用了歌德的名言：“人要奮斗，就會有錯(cuò)誤?！钡牵捎谄绽士瞬]有觸及到這種“錯(cuò)誤”的世界觀層面，因而他作為公眾人物，在政治生活中的表現(xiàn)就更令人詫異……

迷誤于“愛國”漩渦

1914年7月28日，第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)。當(dāng)年8月3日，德軍對中立國比利時(shí)不宣而戰(zhàn)，并于8月9日占領(lǐng)全境。在這個(gè)過程中，德軍以清除游擊隊(duì)為名，槍殺了幾千名無辜平民，并炮轟歷史文化名城魯汶，炸毀大學(xué)圖書館，焚燒大量珍貴手稿。德軍的這種野蠻行徑，遭到國際輿論的一致譴責(zé)。

但是，在這種情況下，“為了國家的榮譽(yù)”，10月4日，德國各大報(bào)紙上竟刊發(fā)了包括普朗克在內(nèi)的93位學(xué)術(shù)界知名人士簽署的《致文明世界書》。該文聲稱：“德國文化是與德國軍國主義緊緊聯(lián)系在一起的。”緊接著，10月23日，3000多名高校教師又簽署了《德意志帝國高校教師聲明》，進(jìn)一步表示“德國軍國主義的勝利，關(guān)乎整個(gè)歐洲文化”。普朗克也名列其中。

普朗克的“愛國”還表現(xiàn)在其他方面。“一戰(zhàn)”爆發(fā)后，他鼓勵(lì)自己的兩個(gè)兒子都上前線，并將一對雙胞胎女兒也送到戰(zhàn)地醫(yī)院當(dāng)護(hù)士。他認(rèn)為戰(zhàn)爭雖然殘酷，但卻是“必要的惡”。甚至連長子卡爾葬身于凡爾登戰(zhàn)役，他也認(rèn)為是死得其所。

普朗克對愛因斯坦態(tài)度的變化，更表明這位“德國科學(xué)的代言人”怎樣把“國家利益”放在首要位置。1914年4月，普朗克在能斯特的協(xié)助下，以十分優(yōu)厚的條件將愛因斯坦從瑞士蘇黎世特聘到德國。愛因斯坦在德國期間，先后擔(dān)任威廉皇帝物理研究所所長、柏林大學(xué)教授和普魯士科學(xué)院院士。普朗克年長愛因斯坦21歲，與他情同父子。1920年，當(dāng)?shù)聡霈F(xiàn)具有反猶太人性質(zhì)，專門針對愛因斯坦的“反相對論運(yùn)動(dòng)”時(shí)，普朗克挺身而出，保護(hù)愛因斯坦。

1933年1月30日，納粹黨黨魁希特勒正式成為德國元首。此時(shí)，愛因斯坦正應(yīng)邀在美國訪問講學(xué)。3月10日，他公開發(fā)表不回德國的聲明，并譴責(zé)納粹德國的倒行逆施及反猶太主義的暴行。這樣一來，在納粹德國愛因斯坦就成為一個(gè)不受歡迎的人。甚至連相對遠(yuǎn)離政治的普魯士科學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)也認(rèn)為他是一個(gè)危險(xiǎn)分子，本想將其開除，但是愛因斯坦已在此之前遞交了辭職書。

此時(shí)普朗克正在南歐休假，完全可以回到柏林進(jìn)行干預(yù)，但他卻反其道而行之，任憑普魯士科學(xué)院親納粹的秘書海曼發(fā)表了一篇義正詞嚴(yán)地譴責(zé)愛因斯坦的公開信。在普朗克看來，愛因斯坦傷害了德國的名譽(yù)，甚至危及自己在科學(xué)院的地位。他在給愛因斯坦的信中寫道：“您在公共場所的露面，給我們這些維護(hù)您的人帶來了很大的不幸?！彼麆窀鎼垡蛩固狗艞壠蒸斒抗裆矸莶⑶译x開科學(xué)院，因?yàn)檫@“將是您同科學(xué)院的關(guān)系體面結(jié)束，并使您的朋友從不可想象的痛苦與悲傷中解脫出來的唯一辦法”。1933年4月1日，普魯士科學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)在普朗克的默許下，公開表示“對于愛因斯坦的離職，沒有理由感到惋惜”。

普朗克這樣做，雖然是服從于國家的權(quán)威，但是他本就對新政權(quán)抱有幻想，這也是一個(gè)重要因素。他屈從于納粹壓力，將猶太人和非雅利安人從威廉皇帝學(xué)會名單上除名，還在公共場合高呼希特勒萬歲，并行納粹軍禮。1937年，他80歲生日時(shí)，希特勒專門發(fā)來了賀信。但是，當(dāng)普朗克看到納粹德國的倒行逆施越來越嚴(yán)重時(shí)，他還是有意與他們保持一定距離的，從而也失去了國家的信任。從被勸退威廉皇帝學(xué)會主席職務(wù)開始，隨著戰(zhàn)爭形勢的逆轉(zhuǎn)，普朗克的處境開始變得越來越艱難……

凄涼的最后歲月

1942年春天，為了躲避盟軍對柏林的轟炸，普朗克一度將家搬到了易北河西岸的羅蓋茲，但他坐落在森林中的住宅仍被空襲掀翻了屋頂。由于找不到維修人員，他只能滯留鄉(xiāng)下，從而中斷了大學(xué)和科學(xué)院的所有活動(dòng)。1943年秋天，盟軍的轟炸更數(shù)次打斷了他的演講，后來他竟然都不能出門了。更可怕的空襲發(fā)生在1944年2月的某個(gè)深夜，盟軍對柏林發(fā)動(dòng)的一場前所未有的轟炸，將普朗克位于格林瓦爾德高檔住宅區(qū)的房子，包括藏書、日記、信件及全部個(gè)人用品都炸毀了。正當(dāng)他在朋友的幫助下找到一個(gè)臨時(shí)住所，重新開始準(zhǔn)備關(guān)于科學(xué)哲學(xué)新講稿時(shí)，又傳來了愛子埃爾溫被捕的不幸消息……

埃爾溫是普朗克與第一任妻子所生的第4個(gè)孩子，曾擔(dān)任過國務(wù)秘書。在希特勒上臺后，埃爾溫棄政從商。20世紀(jì)40年代早期，埃爾溫開始與卡爾·格德勒領(lǐng)導(dǎo)的保守抵抗組織接觸。1944年7月20日，該組織將他的名字列入未來的內(nèi)閣成員名單。后埃爾溫以“發(fā)動(dòng)政變未遂”的罪名被捕。同年10月，埃爾溫被當(dāng)時(shí)由納粹黨羽羅蘭德﹒弗萊斯勒操縱的人民法庭判處死刑。

普朗克心急如焚之余，調(diào)動(dòng)了“天堂和地獄的一切力量”營救，但無濟(jì)于事。于是，他給自認(rèn)為重友誼的納粹德國特務(wù)機(jī)關(guān)最高負(fù)責(zé)人——希姆萊寫信，懇請釋放埃爾溫。但信發(fā)出后如石沉大海。

普朗克只能直接求助于希特勒。雖然他在信中用“德國永恒的精神遺產(chǎn)”這樣的語言形容自己對科學(xué)的重大貢獻(xiàn)，但是并未打動(dòng)希特勒的鐵石心腸。1945年1月23日，埃爾溫被送上絞刑架。

禍不單行。普朗克在痛失愛子的同時(shí)，還忍受著嚴(yán)重的脊椎綜合癥的痛苦折磨。不久，戰(zhàn)火燃燒到羅蓋茲地區(qū)時(shí)，他和妻子只能躲到樹林里，睡在草堆上。幸好一些訪問德國的美國同行發(fā)現(xiàn)了他，并立即送他去醫(yī)院救治?！岸?zhàn)”結(jié)束后的1947年1月，普朗克接受邀請，冒著嚴(yán)寒去哥廷根進(jìn)行最后一次講演。同年10月，他因突發(fā)腦溢血逝世，享年89歲。