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第16部分(第2/4 頁)

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據的吻合,他又一次鬱悶了——泡利比他快了一點點,五天而已。哥廷根的這幫傢伙,海森堡,波恩,約爾當,泡利,他們是大軍團聯合作戰,而狄拉克在劍橋則是孤軍奮鬥,因為在英國懂得量子力學的人簡直屈指可數。但是,雖然狄拉克慢了那麼一點,但每一次他的理論都顯得更為簡潔、優美、深刻。而且,上天很快會給他新的機會,讓他的名字在歷史上取得不遜於海森堡、波恩等人的地位。

現在,在舊的經典體系的廢墟上,矗立起了一種新的力學,由海森堡為它奠基,波恩,約爾當用矩陣那實心的磚塊為它建造了堅固的主體,而狄拉克的優美的q數為它做了最好的裝飾。現在,唯一缺少的就是一個成功的廣告和落成典禮,把那些還在舊廢墟上唉聲嘆氣的人們都吸引到新大廈裡來定居。這個慶典在海森堡取得突破後3個月便召開了,它的主題叫做“電子自旋”。

我們還記得那讓人頭痛的“反常塞曼效應”,這種複雜現象要求引進1/2的量子數。為此,泡利在1925年初提出了他那著名的“不相容原理”的假設,我們前面已經討論過,這個規定是說,在原子大廈裡,每一間房間都有一個4位數的門牌號碼,而每間房只能入住一個電子。所以任何兩個電子也不能共享同一組號碼。

這個“4位數的號碼”,其每一位都代表了電子的一個量子數。當時人們已經知道電子有3個量子數,這第四個是什麼,便成了眾說紛紜的謎題。不相容原理提出後不久,當時在哥本哈根訪問的克羅尼格(Ralph Kronig)想到了一種可能:就是把這第四個自由度看成電子繞著自己的軸旋轉。他找到海森堡和泡利,提出了這一思路,結果遭到兩個德國年輕人的一致反對。因為這樣就又回到了一種影象化的電子概念那裡,把電子想象成一個實實在在的小球,而違背了我們從觀察和數學出發的本意了。如果電子真是這樣一個帶電小球的話,在麥克斯韋體系裡是不穩定的,再說也違反相對論——它的表面旋轉速度要高於光速。

到了1925年秋天,自旋的假設又在荷蘭萊頓大學的兩個學生,烏侖貝克(George EugeneUhlenbeck)和古德施密特(Somul Abraham Goudsmit)那裡死灰復燃了。當然,兩人不知道克羅尼格曾經有過這樣的意見,他們是在研究光譜的時候獨立產生這一想法的。於是兩人找到導師埃侖費斯特(Paul Ehrenfest)徵求意見。埃侖費斯特也不是很確定,他建議兩人先寫一個小文章發表。於是兩人當真寫了一個短文交給埃侖費斯特,然後又去求教於老資格的洛侖茲。洛侖茲幫他們算了算,結果在這個模型裡電子錶面的速度達到了光速的10倍。兩人大吃一驚,風急火燎地趕回大學要求撤銷那篇短文,結果還是晚了,埃侖費斯特早就給Nature雜誌寄了出去。據說,兩人當時懊惱得都快哭了,埃侖費斯特只好安慰他們說:“你們還年輕,做點蠢事也沒關係。”

還好,事情並沒有想象的那麼糟糕。玻爾首先對此表示贊同,海森堡用新的理論去算了算結果後,也轉變了反對的態度。到了1926年,海森堡已經在說:“如果沒有古德施密特,我們真不知該如何處理塞曼效應。”一些技術上的問題也很快被解決了,比如有一個係數2,一直和理論所牴觸,結果在玻爾研究所訪問的美國物理學家托馬斯發現原來人們都犯了一個計算錯誤,而自旋模型是正確的。很快海森堡和約爾當用矩陣力學處理了自旋,結果大獲全勝,很快沒有人懷疑自旋的正確性了。

哦,不過有一個例外,就是泡利,他一直對自旋深惡痛絕。在他看來,原本電子已經在數學當中被表達得很充分了——現在可好,什麼形狀、軌道、大小、旋轉……種種經驗性的概念又幽靈般地回來了。原子系統比任何時候都像個太陽系,本來只有公轉,現在連自轉都有了。他始終按照自己的路子走,決不向任何力學模型低頭。事實上,在某種意義上泡利是對的,電子的自旋並不能想象成傳統行星的那種自轉,它具有1/2的量子數,也就是說,它要轉兩圈才露出同一個面孔,這裡面的意義只能由數學來把握。後來泡利真的從特定的矩陣出發,推出了這一性質,而一切又被偉大的狄拉克於1928年統統包含於他那相對論化了的量子體系中,成為電子內稟的自然屬性。

但是,無論如何,1926年海森堡和約爾當的成功不僅是電子自旋模型的勝利,更是新生的矩陣力學的勝利。不久海森堡又天才般地指出瞭解決有著兩個電子的原子——氦原子的道路,使得新體系的威力再次超越了玻

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