哥本哈根的余烬

作者:周艺涵    所在单位:中国科学技术大学

1945 年 8 月 6 日,第一颗实际运用的原子弹在广岛爆炸。原子弹所带来的巨大的火球和腾飞的浓烟令世界为之震撼。云层反射出蓝绿色的光芒,灰尘与烟雾笼罩在广岛上空,耀眼的白光映照出两个在海因山上散步的年轻背影,而那爆炸后的余烬最终散落在了哥本哈根的大地上,仿佛一切又回归到了开始的地方。

海因山上那两个年轻的背影便是沃纳·卡尔·海森堡(Werner Karl Heisenberg)和尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)。让时间回溯至 1922 年,36 岁的玻尔刚因洞察了原子内部的运行方式而获得了当年的诺贝尔物理学奖。当时的玻尔已经因为早先的成就成为了量子力学的代表人物,应邀开始了他在哥廷根的量子理论演讲。在演讲的报告厅中,玻尔在讲台前喃喃低语,夹杂着丹麦语和英语阐述着他的理论,接受着来自世界各地的科学家们尤其是数学家们的检验。这时,报告厅后排的年轻人高高举起了手,认为玻尔的理论中存在着某些数学错误。这位天赋异禀而又大胆的年轻人便是海森堡,但当时的他不过是慕尼黑大学的一名学生。二人的渊源由此展开。

会后,玻尔邀请海森堡和自己一起去海因山上散会步,以便深入探讨原子理论中的问题。据海森堡自己回忆说“这次散步对我的科学事业来说具有巨大的影响,更确切的说法或许是这样:我真正的科学生涯,从那一天才开始”。玻尔敏锐的洞察力和物理直觉与海森堡严密的数学计算发生了奇妙的碰撞。物理的发展也证明了,二人的结识和合作正在慢慢拨开经典物理学大厦上那片属于量子力学的乌云,最终迎来乌云后那属于新物理的曙光。

三年后,海森堡来到哥本哈根担任玻尔的助教。在哥本哈根的时光,玻尔和海森堡是师生却更像是亲密无间的朋友,他们在丹麦海峡边散步,在阿尔卑斯山上滑雪,在阁楼上品尝珍藏的美酒,在自然和学术的碰撞中,二人结下了深厚的友谊。而对玻尔的原子理论的兴趣更是推动了海森堡关于量子体系原理的研究。

1925 年,正值整个物理学的迷茫和动荡时期,辐射问题带来究竟是粒子还是波动的无休争论,康普顿实验所表征出的粒子性又是否足以撼动麦克斯韦理论所建立的电磁大厦?回到哥廷根的海森堡着手在玻尔体系和色散理论的基础上探究量子体系的基本原理。最终他创建了一个全新的计算量子运动的模型,以一种全新的形式——“矩阵”——呈现出来。海森堡抛弃了玻尔理论中关于量子跃迁的想象模型,而直接转移到可观测的“能极差”的计算上,为量子力学创建了一套完备的数学体系,创建了一门全新的“矩阵力学”。海森堡后于 1932 年获得了诺贝尔物理学奖,玻尔得知后声称那是他最骄傲与愉悦的时刻。

然而,在海森堡登上物理学最高殿堂之时,德国政权同时开始由纳粹党领袖希特勒执掌。二人的友谊也无可避免地被裹入时代的洪流和政治的纠葛当中。1933 年,这个时代主流不再是经典物理学和量子力学的碰撞,而是原子力量和政治力量的碰撞。纳粹上台后,大批科学家因为其犹太人的身份被迫离开德国,据统计,德国 32 名诺贝尔奖获得者中有 29 名都在战争期间离开了德国,其中就有爱因斯坦。同时,纳粹党还抨击理论物理学家,认为那是以爱因斯坦为首的犹太人的科学,是“不纯粹的”。在这样的政治意识下,身为德国人的海森堡和身为丹麦犹太人的玻尔注定要站在对立的两端。

海森堡的爱国之情和对德国战后重建的构想让他毅然决然选择留在德国。起初,海森堡和玻尔之间还有书信往来和偶尔的会面,但和犹太理论物理学家玻尔的战时交往无疑给海森堡带来了巨大的舆论压力。1937 年,在纳粹 SS 俱乐部的审讯之下,海森堡被迫同意了纳粹所提出的一系列条款,甚至包括不允许在课堂上提及爱因斯坦和玻尔等理论物理学家。

海森堡在给玻尔的最后一封信中这样写道:“既然我不知道命运是否以及何时会让我们重逢,我要再一次地感谢你,为你的友谊,为我从你处学到的一切,为你为我所作地一切。以旧日的友谊”,战争下悲情的话语似乎成了一纸谶言。海森堡或许不知战争是否有明天,所以才未加上那“来日的友谊”。但写下这段话的时候,海森堡应该未曾想过,他的选择最终真的将以他们旧日的、今日的和来日的友谊为祭奠。

二战的前夕,铀原子被中子撞击分裂了。分裂释放的巨大能量震撼了物理学界的科学家们,但同时这巨大的能量也被战争边缘的政治家们察觉到了。于是,原子分裂了,战争爆发了。

1940 年,关于希特勒发问是否有可能建成原子武器的问题,海森堡在结合铀原子分裂的数据和玻尔关于如何控制原子能量的理论之后,给出了肯定的答复。往后的日子里,海森堡在纳粹的指挥下开展了关于原子物理的建造工作。1941 年9 月,海森堡前往哥本哈根,与旧友玻尔会面。已经两年没有联系的两人,再次见面后不仅没有温情的寒暄,反而给历史留下了一桩悬案。这便是著名的哥本哈根会面。

会面后,玻尔震撼于他最亲密的朋友海森堡却在为纳粹制造原子弹这可怖的武器。不久,在纳粹的迫害之下,玻尔被迫离开丹麦,在英国的邀请下前往美国加入了同盟国的原子弹工作之中。在双方的军事备战中,海森堡和玻尔,真正地站到了彼此的对立面上。历史带着它的结局从那个时代走来:在海森堡认为一年内造不出原子弹的主张下,德国放弃了造原子弹而转投到了反应堆的研究上;而美国则领先造出了原子弹,并投落到了日本的广岛和长崎。战争,最终在原子弹的爆炸声中结束了。

战争结束了,但战后的清算却从未停止。海森堡在原子弹的道德问题上被人所诟病,哥本哈根会面变成了双方争论的焦点。海森堡声称那次会面他只是想委婉询问一下玻尔的意见,一个科学家在面临这样的科技道德问题时该做出怎样的选择。但人们显然并不买账,坚称海森堡不过是带着政治立场来宣传着德国的最终胜利。抨击海森堡的人群中并不包括他的昔日旧友玻尔,玻尔对此事闭口不谈,即使海森堡一直在强调这件事对他的重要性,他希望从玻尔口中得知是否他也如同别人一般误解他的意图。玻尔却总是摇摇头说不要在谈论会面和原子弹的事情了。1962 年,在一次诺贝尔颁奖典礼上,那是海森堡和玻尔的最后一次见面。玻尔终于松口,说愿意在明早睡醒后和海森堡“好好谈谈那件事”。可惜命运弄人,当晚玻尔就重病不起,回到哥本哈根不久后就去世了。两人最终也没有再次谈起哥本哈根的会面,海森堡至死也怀揣着这份心结和遗憾。

爬梳史料,海森堡放弃原子弹的制造计划也许并不是全然像他所说的那样为了推动和平,而只是因为他对制造原子弹所需要的铀量进行了错误的计算,以至于他无意识地向纳粹夸大了这份工作量,使得纳粹最终放弃了这一计划。海森堡错误地认为重水是一种很好的中子减速器,并将其运用在核反应堆中,而忽略了真正正确可行的石墨。同时,海森堡认为一颗原子弹可能需要几吨的铀 235,实际上只需要几十千克。这样一来,在德国放弃原子弹计划一行中,海森堡有几分主动有几分被迫,逐渐变得暧昧起来。

历史对于海森堡的判决我们暂且搁置一边,重新回看海森堡与玻尔的这段友谊。玻尔缄默至死,海森堡抱憾而终。万幸我们可以穿过历史,期待着有一天能等到故事的结局。在海森堡死后,一封修修补补五年却未曾寄出的信件,为我们重新解开了哥本哈根会面的朦胧面纱。那是玻尔写给海森堡的,他在信中写道“你(指海森堡)的记忆在何种程度上欺骗了你”,“你说如果战争拖得足够久,必然要以原子弹来结束”。玻尔那极力克制而又难以压抑的愤怒跃然纸上,足可见玻尔对于他那昔日老友在哥本哈根会面上言行的不满。但玻尔最终选择了沉默,选择了反复修改这封信长达五年,选择了将这封信重新封存起来。或许在玻尔看来,缄默是他对于昔日友情的珍惜,他不想以他任何激烈的言辞伤害到这份友谊。但海森堡穷追不舍的追问,又何曾不是一份挽留?

或许从原子弹爆炸的那一刻起,他们昔日雪山上的畅谈,海因山上的散步就已成了定格,他们之间曾经和谐愉悦的共振也消散了,他们那闪耀着的友谊最终成为了哥本哈根的历史余烬。他们因原子而结缘,又被原子撕扯开,最终背负上道德和政治的枷锁,再次见面也只能相顾无言。正如玻尔那惋惜的哀叹一般:“那么多的人类正在战争中,罔顾我们的私人友情,我们必定要被看作这场不共戴天的战争里两边的代表。”哥本哈根留下了历史的声声哀叹。