這個(gè)故事講述了20世紀(jì)一位理論物理學(xué)家的故事。奧地利裔美國(guó)科學(xué)家沃爾夫?qū)?a href='http://m.njxqhms.com/redianxinxi/34724.html' title='泡利：年輕時(shí)，我以為自己是一個(gè)革命者' target='_blank'>泡利（ Pauli，1900-1958）出生于20世紀(jì)。他的父親是維也納大學(xué)的物理化學(xué)教授，教父是奧地利物理學(xué)家、哲學(xué)家。命運(yùn)給了泡利良好的生活和學(xué)習(xí)環(huán)境，而他用事實(shí)證明自己并沒有被命運(yùn)寵壞。中學(xué)時(shí)期，泡利對(duì)當(dāng)時(shí)鮮為人知的愛因斯坦廣義相對(duì)論產(chǎn)生了濃厚的興趣，經(jīng)常埋頭苦讀。1918年中學(xué)畢業(yè)后，他成為慕尼黑大學(xué)索末菲教授的研究生。他的物理老師、大名鼎鼎的索末菲教授請(qǐng)他為德國(guó)準(zhǔn)備出版的百科全書撰寫一篇有關(guān)相對(duì)論的文章。泡利竟然完成了一部長(zhǎng)達(dá)237頁(yè)的專著，這讓教授大吃一驚。 1921年，泡利獲得了慕尼黑大學(xué)的博士學(xué)位。后來網(wǎng)校頭條，愛因斯坦在讀過泡利的作品后說道：“任何人看到如此成熟和富有想象力的作品，都不會(huì)相信作者只是一個(gè)21歲的學(xué)生。”泡利在學(xué)生時(shí)代就已經(jīng)展現(xiàn)出了非凡的科學(xué)天賦，引起了一些著名物理學(xué)家的注意。大學(xué)畢業(yè)后，泡利曾擔(dān)任馬克斯·玻恩和尼爾斯·玻爾的助手。這兩位當(dāng)時(shí)站在世界物理學(xué)前沿、后來獲得諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家，后來談起泡利，都記得他一絲不茍的研究精神和敏捷的思維。泡利總是有獨(dú)到的見解，絕不會(huì)輕易被別人說服。他喜歡爭(zhēng)論，但從不以自我為中心。
當(dāng)他驗(yàn)證了一個(gè)學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，得出了正確的結(jié)論時(shí)，不管是自己的還是別人的，他都異常興奮，仿佛找到了寶藏，完全忘記了辯論時(shí)的紅臉。正是他這種與世無爭(zhēng)、重視真理的科學(xué)態(tài)度，贏得了索末菲、玻恩、玻爾等人的喜愛。他也從這些名師身上學(xué)到了富有啟發(fā)性的思維方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，為他后來的科學(xué)研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并最終以發(fā)現(xiàn)量子不相容原理而步入世界著名物理學(xué)家的行列。1925年春，從漢堡大學(xué)傳來了一個(gè)令世界物理學(xué)界矚目的消息：一個(gè)新的物理學(xué)原理——不相容原理誕生了。它的提出者，正是當(dāng)時(shí)還默默無聞、在這所大學(xué)任教的年輕學(xué)者——年僅25歲的泡利。泡利的不相容原理可以表述為：在一個(gè)原子中，任何兩個(gè)軌道電子的四個(gè)量子數(shù)不可能完全相同。不相容原理并沒有立即顯示出它的價(jià)值，但泡利的才華卻因此得到了社會(huì)的認(rèn)可。1928年，他被聘為瑞士聯(lián)邦工學(xué)院教授；1935年，他應(yīng)邀到美國(guó)講學(xué)。1940年，他在美國(guó)普林斯頓高等研究院工作。在此期間，他還以科學(xué)遠(yuǎn)見預(yù)言了中微子的存在，并獲得了普朗克獎(jiǎng)?wù)隆Ｖ钡?945年，即泡利提出不相容理論20年后，這一理論的正確性及其深遠(yuǎn)影響才被證實(shí)。不相容原理被稱為量子力學(xué)的主要支柱之一，是大自然的基本定律，它使當(dāng)時(shí)已知的許多關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)得以整理。
人們可以利用泡利引入的代表電子自旋的第四個(gè)量子數(shù)，把各種元素的電子按照殼層和亞殼層排列起來，并根據(jù)元素性質(zhì)主要取決于最外層電子數(shù)（價(jià)電子數(shù)）的理論，對(duì)門捷列夫元素周期律做出科學(xué)解釋。這里需要說明的一點(diǎn)是，很多人是通過高中化學(xué)的學(xué)習(xí)才知道泡利不相容原理的。在本科學(xué)習(xí)的時(shí)候，量子力學(xué)課程中就出現(xiàn)了泡利不相容原理，這時(shí)候?qū)@個(gè)原理的理解往往變得非常簡(jiǎn)單、容易接受，只是一個(gè)矩陣方程的解，甚至可以認(rèn)為是可以推導(dǎo)的。其實(shí)泡利不相容原理是在量子力學(xué)出現(xiàn)之前就提出的，是他從浩瀚的原子光譜數(shù)據(jù)中總結(jié)出來的一個(gè)假說，無法通過推導(dǎo)得到，他的工作量和洞察力是難以想象的。生前擔(dān)任過中央研究院院長(zhǎng)的物理學(xué)家吳大猷在自傳《回憶錄》中希望，在學(xué)校教學(xué)中，最好按照科學(xué)發(fā)展的原始順序進(jìn)行講解。因?yàn)橹挥羞@樣，學(xué)生才能真正理解科學(xué)概念的本質(zhì)，掌握科學(xué)研究的方法，以及其中涉及的巨大困難。泡利的主要成就在量子力學(xué)、量子場(chǎng)論和基本粒子理論，特別是建立了泡利不相容原理和β衰變中的中微子假設(shè)，為理論物理的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。1945年，泡利因“發(fā)現(xiàn)不相容原理”于1925年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，當(dāng)時(shí)他25歲。
他把一生獻(xiàn)給科學(xué)研究，34歲結(jié)婚，不幸于1958年因病去世。1946年泡利加入美國(guó)國(guó)籍，是美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)的創(chuàng)始人之一。關(guān)于泡利的故事很多物理學(xué)就是物理學(xué)家所做的，他以嚴(yán)謹(jǐn)博學(xué)著稱，但也以尖刻和吹毛求疵著稱。據(jù)說泡利在一次國(guó)際會(huì)議上結(jié)識(shí)了愛因斯坦，愛因斯坦演講結(jié)束后，泡利站起來說：“我不認(rèn)為愛因斯坦完全是傻子。”有一次，后來發(fā)現(xiàn)反質(zhì)子的意大利物理學(xué)家塞格雷做完報(bào)告，和泡利等人一起離開會(huì)議室時(shí)，泡利對(duì)他說：“我從來沒聽過像你這么糟糕的報(bào)告。”塞格雷當(dāng)時(shí)一句話也沒說。泡利想了想，轉(zhuǎn)身對(duì)同行的瑞士物理化學(xué)家布里舍爾說：“如果是你做報(bào)告，情況會(huì)更糟。當(dāng)然，除了你上次在蘇黎世的開幕報(bào)告。”還有一次泡利想去某個(gè)地方，但不知道怎么去，同事告訴他的。后來，同事問他那天找到那個(gè)地方了嗎。他反而嘲笑他說：“當(dāng)你不談?wù)撐锢淼臅r(shí)候，你的思路就很清晰。”泡利對(duì)待學(xué)生也很粗魯。有一次，一個(gè)學(xué)生寫了一篇論文，請(qǐng)泡利看。兩天后，學(xué)生向泡利征求意見。泡利把論文還給他，說：“這連錯(cuò)誤都算不上。”但泡利被玻爾稱為“物理學(xué)的良心”，因?yàn)樗拿翡J和細(xì)心挑剔使他能一眼就發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。在物理學(xué)界曾經(jīng)流傳著一個(gè)笑話，說存在“泡利效應(yīng)”——當(dāng)泡利出現(xiàn)在某個(gè)地方時(shí)，那里的人無論是進(jìn)行理論推導(dǎo)，還是實(shí)驗(yàn)操作，都一定會(huì)出錯(cuò)。
泡利酷愛跳舞和夜總會(huì)，他寧愿放棄聚集了幾乎所有世界頂尖物理學(xué)家的第二屆索爾默會(huì)議，而去參加一場(chǎng)舞蹈比賽，也只管發(fā)論文。泡利對(duì)物理學(xué)幾乎所有領(lǐng)域都有深入研究，因此他有著極好的洞察力和直覺力，最奇怪的是他幾乎從不犯錯(cuò)。他的威望如此之高，以至于當(dāng)時(shí)物理學(xué)界的一切新成果物理學(xué)就是物理學(xué)家所做的，如果得不到泡利的首肯，大家都會(huì)感到心神不寧。原子物理學(xué)中反常的塞曼效應(yīng)剛被發(fā)現(xiàn)時(shí)，它的理論解釋就遇到了很大的困難。當(dāng)時(shí)，有些人經(jīng)常看見泡利一臉憂慮地獨(dú)自徘徊在巴黎街頭，便上前好奇地問泡利為什么這么難過？泡利很不禮貌地回答道：當(dāng)一個(gè)人在思考反常的塞曼效應(yīng)時(shí)，你怎么能指望他露出開心的表情呢？于是大家都知道反常的塞曼效應(yīng)是個(gè)大難題，這也難倒了“偉大的泡利”。1925年，當(dāng)時(shí)正在攻讀博士學(xué)位的荷蘭物理學(xué)家G.烏倫貝克和他的老師W.古德斯米特發(fā)現(xiàn)并提出了電子具有內(nèi)稟自旋，這是一個(gè)極其大膽和革命性的假說。他們把寫好的論文寄給雜志社時(shí)，也把一份復(fù)印件寄給了泡利。泡利回信說他們的結(jié)論是錯(cuò)誤的，這無異于給這兩位荷蘭人潑了一盆冷水。烏倫貝克建議趕緊從雜志社拿回論文，以免尷尬。古德斯米特苦笑著說：“已經(jīng)寄出去了，再拿回來就太可惜了。”
幸虧你還年輕，又不出名，犯點(diǎn)錯(cuò)誤也沒什么大不了的。 “但隨后泡利又來信說，他們是對(duì)的，他是錯(cuò)的。這也許是泡利犯下的唯一一個(gè)錯(cuò)誤，雖然只持續(xù)了幾天，他就自己改正了。說起來，當(dāng)時(shí)泡利才25歲，只比烏倫貝克大8個(gè)月，但在物理學(xué)界卻已經(jīng)有了如此的威望。現(xiàn)代物理學(xué)中唯一能讓美國(guó)驕傲的美國(guó)理論物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼被稱為最聰明的美國(guó)人，他在自傳《開玩笑的物理學(xué)家》中，以泡利為例，講了聰明人和天才的區(qū)別。費(fèi)曼剛開始工作時(shí)，師??從后來?yè)?dān)任美國(guó)哲學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)的J.惠勒教授。兩人合作研究了一個(gè)關(guān)于量子電動(dòng)力學(xué)中延遲勢(shì)的問題。工作了幾個(gè)月，他們覺得差不多可以報(bào)告了。恰巧當(dāng)時(shí)有一個(gè)國(guó)際會(huì)議，兩人同意報(bào)告這項(xiàng)工作，并指派費(fèi)曼負(fù)責(zé)費(fèi)曼講上半部分，惠勒講下半部分。會(huì)議進(jìn)行到一半，大家喝茶休息的時(shí)候，泡利過來跟費(fèi)曼打招呼。就連費(fèi)曼這樣大大咧咧的人，也緊張得不行。泡利問費(fèi)曼最近在忙什么，在會(huì)上要做什么報(bào)告。費(fèi)曼如實(shí)回答了他和惠勒要講的題目，以及報(bào)告內(nèi)容如何分配。泡利想了想，神秘地笑了笑，在費(fèi)曼耳邊低聲說：“放心吧，惠勒教授不會(huì)做他的報(bào)告部分的。”
”果然，惠勒最后還是沒有把那部分報(bào)告做成，因?yàn)槟鞘清e(cuò)的。當(dāng)然，我們不是說泡利沒有弱點(diǎn)，物理學(xué)界有個(gè)術(shù)語叫“泡利效應(yīng)”。這不是什么物理現(xiàn)象，而是指那些精通理論，卻對(duì)實(shí)驗(yàn)一竅不通的人的行為。泡利以手腳笨拙而聞名，有一次他在車站停留了半個(gè)小時(shí)，想去附近的物理實(shí)驗(yàn)室參觀。實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)礙于他的名聲，攔不住他，只好讓他在實(shí)驗(yàn)室里鼓搗鼓搗。果然，半小時(shí)后當(dāng)他回到馬車上時(shí)，實(shí)驗(yàn)室里已經(jīng)煙霧繚繞。另外，泡利也不是個(gè)好老師，在給學(xué)生上課的時(shí)候，經(jīng)常邊講邊忘了自己是在上課，自己在教室里推導(dǎo)公式，把學(xué)生放在一邊。而且，他的板書也寫得很糟糕，從一個(gè)角到另一個(gè)角都是斜的，字越來越小，把學(xué)生弄得眼花繚亂。但他在教學(xué)中的敬業(yè)精神，卻能培養(yǎng)出優(yōu)秀的學(xué)生。泡利當(dāng)年翻譯過一本德文的《易經(jīng)》書，并因此結(jié)識(shí)了吳健雄，他對(duì)吳健雄評(píng)價(jià)頗高，后來他和吳健雄一直保持著親密的友誼。我見過的泡利的照片中，他和吳健雄的那張是最有精神的，吳健雄也精神抖擻。現(xiàn)代物理學(xué)中有一個(gè)非常神秘的無量綱常數(shù)，叫精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)，等于1/137。多年來，物理學(xué)家們一直試圖解釋這個(gè)常數(shù)，但都無功而返。泡利也為此花費(fèi)了很多精力，可惜上帝嫉妒他的才華，他在58歲時(shí)就早早去世了。
他死在蘇黎世紅十字醫(yī)院時(shí)，房間號(hào)正好是137。在黑暗中，有人在控制著我們的喜怒哀樂……蘇聯(lián)天才物理學(xué)家朗道曾用二分法尺度來表達(dá)科學(xué)家的智力，他認(rèn)為愛因斯坦的智力是2，別人是1，自己是1.5。沒有人嘲笑朗道的自信，因?yàn)樗涞蒙线@1.5。但我總覺得他忘了泡利。其實(shí)，泡利怎么能被忘掉呢？奧地利這個(gè)小國(guó)，應(yīng)該因?yàn)槊系聽枴⑴堇⒀Χㄖ@、弗洛伊德而對(duì)人類科學(xué)的進(jìn)步作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。注：“上帝的鞭子”一詞原本是貶義的，是他死后約500年左右給中世紀(jì)兇殘的匈奴人阿提拉起的最流行的綽號(hào)（我忘了《讀史筆記》哪一節(jié)提到過這個(gè)人）。它最早出現(xiàn)在10世紀(jì)摩德納主教用拉丁文寫成的匈奴入侵歐洲的歷史中。但后來，它被用來形容泡利，更多是指他嚴(yán)謹(jǐn)、尖銳、無情的科學(xué)批判態(tài)度。 克洛尼格的不幸 一個(gè)理論物理學(xué)家在自然面前——以及在學(xué)生面前——顯得多么寒磣啊！---愛因斯坦致埃倫費(fèi)斯特的信 這部分講的是泡利的錯(cuò)誤。由于泡利的錯(cuò)誤，克洛尼格失去了一次重大發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)，這對(duì)克洛尼格來說當(dāng)然是非常不幸的。泡利具有異常敏銳的反應(yīng)能力，而且他批人很不留情面，所以關(guān)于他有很多非常有趣的傳聞。
有一次，他的老師玻爾在討論會(huì)上發(fā)言時(shí)，泡利突然大聲喊道：“閉嘴，別說傻話！”玻爾溫和地說：“但是泡利，你聽我說……”泡利馬上反駁道：“不，我一句話都不想聽了！”在哥本哈根，對(duì)問題的討論往往很激烈，尤其是泡利。這種不禮貌的辯論往往閃耀著智慧的光芒，引人深思，所以辯論者不會(huì)生氣，他們的信念是真理越辯越明朗。還有一次是1954年2月下旬，楊振寧教授應(yīng)奧本海默的邀請(qǐng)回到普林斯頓高等研究院作關(guān)于規(guī)范場(chǎng)的報(bào)告。當(dāng)時(shí)泡利也在場(chǎng)。楊振寧剛在黑板上寫出一個(gè)公式，泡利馬上就問：“規(guī)范場(chǎng)的質(zhì)量是多少？”這是當(dāng)時(shí)根本無法回答的問題。也正是因?yàn)檫@個(gè)原因，很多物理學(xué)家覺得不能把規(guī)范場(chǎng)論當(dāng)回事。在泡利的嚴(yán)詞質(zhì)問下，楊振寧教授只好離開講臺(tái)，坐下不說話。在奧本海默插話后，報(bào)告才勉強(qiáng)完成。更有意思的是，1958年他去世后，人們被他尖銳的言辭所折服，編造出泡利升天后靈魂遇見上帝的故事。泡利想了想，自己一生的愿望就是搞清楚為什么精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)α等于1/137，但
