https://www.aps.org/publications/apsnews/200208/viewpoint-seitz.cfm玻尔信件存档：Niels

今夏，诺兰的新片《奥本海默》即将上演。预告片已经出来了。本文将全面八卦一下奥本海默（1904-1967）。以下内容主要来自：理查德·罗兹，《原子弹秘史》（上下册）##

MPa），20°C的超导电性。所谓“三元”是说有三种元素，氢化物是氢和别的元素形成的化合物。N和H都是我们熟悉的元素，Lu（Lutetium，镥）稍陌生，它的原子序数是71，电子结构是：4f^14

最近读了一些超导相关的文字，起因是听了薛其坤院士的讲座。薛老师最近的工作是从实验角度“证伪”当下主流的“高温超导机制”，所谓磁机制/强关联机制。超导现象是一种颇为Universal的物理现象，它被一种物理机制解释要比被几种物理机制解释舒服，因此薛老师倾向于认为高温超导也可由常规超导的BCS机制予以解释。在薛老师的讲座中，还提到了一个大胆的人，J

关于量子力学诠释，众所周知量子力学是海森堡、薛定谔、狄拉克三人创建的。海森堡建立的是量子力学的矩阵力学形式，薛定谔是波动力学，狄拉克是量子力学形式体系的完结者，他创建了表象理论，论证了矩阵力学和波动力学的等价性。今天教科书上学到的量子力学基本上和狄拉克给出的量子力学形式一样，冯·诺依曼后来把量子力学整理成几条基本原理，所以教科书版的量子力学不妨被称为狄拉克/冯·诺依曼的量子力学。它大致包含以下要点：1.

海森堡生于1901年，死于1976年。当爱因斯坦发表狭义相对论的时候，海森堡只有4岁。10年后，当时还是中学生的海森堡对爱因斯坦的相对论发生兴趣，从此海森堡开始其物理学习的生涯。但，这两位伟大的物理学家彼此并不喜欢。有些原因是大家众所周知的，比如爱因斯坦从不认为海森堡的不确定原理是物理学的基本原理。1914年，海森堡（右）和他的哥哥欧文送别即将去一战前线的父亲海森堡喜欢数学，并在非常年轻的时候开始对爱因斯坦的狭义相对论发生兴趣。洛伦兹变换对他来说是容易掌握的，但同时性这一物理概念对他来说非常难把握，这可能导致了他和爱因斯坦的交流困难。当海森堡在慕尼黑的时候，他的老师是著名物理学家索末菲，海森堡从索末菲那里了解爱因斯坦并学习爱因斯坦的理论。索末菲了解海森堡的实力并鼓励他和爱因斯坦私下面基。第一步就是参加爱因斯坦的演讲。与此同时，海森堡开始对原子物理发生兴趣，这也是索末菲研究的主要领域。海森堡对为什么经典理论无法解释原子现象感兴趣，以及为什么由爱因斯坦提出的光量子概念能解释那些“反常”。海森堡后来把他的精力聚焦于这个问题，并在1927年提出了他的不确定原理。索末菲：门下最多学生得过诺贝尔物理奖的物理学家；但他本人并未得奖。1922年的夏天，德国科学家和物理学家学会在莱比锡举行了一次会议，爱因斯坦计划在这次会议上发表一个演讲。索末菲鼓励海森堡参加爱因斯坦的这次演讲。当他来到现场的时候，一个年轻人递给他一本红色的小册子，宣称相对论完全是未被证实的犹太人的臆测，爱因斯坦这个犹太人的臆测正是被他们犹太人的报纸所夸大的。海森堡发现这些年轻的学生是当时德国某最负盛名的实验物理学家派过来的，海森堡并未点名，但不难猜测这个人是谁（很有可能是1919年的诺贝尔物理奖得主斯塔克）。在这种形式下爱因斯坦没法演讲了，劳厄代替他做了演讲。这样海森堡与爱因斯坦的第一次可能的会面就告吹了。1926年，海森堡受邀到柏林来做一个关于量子力学的报告。当时，柏林是物理学的中心。听众包括普朗克，劳厄，能斯特和爱因斯坦。爱因斯坦对海森堡的报告很感兴趣并邀请海森堡到他的房间来单聊。这是海森堡与爱因斯坦的第一次会面。但爱因斯坦对海森堡的对新力学（量子力学）的诠释并不满意。爱因斯坦的立场是每一个理论实际上都包含不可观测的量。只使用可观测量（构建理论）的原则实际上是不可行的。1926年，薛定谔把电子想象为“波”创建了波动力学，受此激励，1927年春海森堡成功地构建出他的不确定关系。1927年秋，海森堡和爱因斯坦在布鲁塞尔的索尔维会议再次相见。在那里，每当爱因斯坦在早上想出一个不确定原理的反例，晚上，海森堡、玻尔和泡利就会证明这个反例实际上与不确定原理并不矛盾。1927年的索尔维会议三年后的1930年，海森堡和爱因斯坦在布鲁塞尔的另一次索尔维会议见面。在那里，玻尔费尽全身全身力气努力说服爱因斯坦不确定关系是物理学中的一个基本定律。爱因斯坦拒绝了，然后他们同意他们之间的观点是分歧的。这是海森堡在欧洲最后一次见到爱因斯坦。1933年，德国的政治环境对犹太人更加凶险了，爱因斯坦来到美国，在普林斯顿工作和生活。1954年，海森堡来到普林斯顿爱因斯坦的家作客。爱因斯坦的助手警告海森堡鉴于爱因斯坦糟糕的身体，谈话时间不要超过一小时。但，海森堡回忆爱因斯坦实际上和他呆了整个下午。他们只谈物理，但爱因斯坦对不确定关系的立场仍未改变。海森堡再次未能让爱因斯坦采纳他的原理为物理学的基本原理。爱因斯坦死于1955年。爱因斯坦和约翰娜·范托娃根据爱因斯坦在普林斯顿的好友约翰娜·范托娃（Johanna

“玻尔和海森堡的哥本哈根”，这是一段物理学史上的著名公案。涉及两名最杰出的物理学家玻尔（1885-1962）和海森堡（1901-1976）。欧洲在一战前经历了长期的和平与发展，当时欧洲的知识分子（包括科学家）很乐观，相信通过科学进步，国家间的和平竞赛就能实现人类社会的进步。在这样的氛围下，欧洲科学家有互相合作，互相扶持的传统。在欧洲内部，德语国家（特别是德国）和北欧国家（丹麦、瑞典和挪威）因相近的文化传统，互相认同，相互之间的合作也更加紧密。一战之后，德国蒙受了很大损失，整个国家陷入了内战的混乱中，年轻的海森堡作为爱国者（右翼）参与了内战。与此同时这也正是量子理论开始萌发的年代。玻尔因提出氢原子的玻尔理论而成为新的量子力学的领军人物，但此时的量子力学还属于旧量子论，威力不大，解释不了很多实验现象，同时逻辑也不自洽，缺少坚实的理论基础。众望所归的玻尔于1922年获得诺贝尔物理奖，在此之前，玻尔已拥有了自己的以发展量子力学为核心任务的新的理论物理研究所——玻尔研究所。在这里，来自全欧洲的物理学家组成了一个科学家的乌托邦（也有来自中国、日本、美国的科学家，但最著名的几乎全部是欧洲科学家）。玻尔和他的男孩们在玻尔研究所最终缔造了量子力学，其中最优秀的一个学生就是海森堡。这里海森堡提出了不确定原理，使量子力学建立在更牢固的基础上。科学革命并不总发生在太平盛世，上世纪前半叶，发生了两次世界大战，一次革命，整个旧世界闹了个底朝天，人民包括知识分子都生活在困苦之中，但人类历史上最了不起的基础科学革命也发生在这个时期。量子力学和相对论，就是由这些生活在战火与动乱中的欧洲人发展起来的。战败的德国人经历了战乱饥馑，经济崩溃，通货膨胀等灾难事件，眼睁睁看着美国人（其中很多是犹太人）拿着美元在德国吃香的喝辣的，心中充满了屈辱。纳粹就是在这种背景下崛起，并最终掌权的。他们敌视犹太人，把犹太人看作是国家内部的异类，造成种种混乱和灾难的根源。1933年，希特勒上台后仅两个月就颁布法令，褫夺所有担任公职的犹太人的职位。在这种背景下，犹太血统的德国科学家纷纷逃离德国，甚至那些已经改宗基督教的犹太血统的科学家也受此法令的影响，不得不逃离德国。很多本来是亲密合作的科学家就被政治形势推到了彼此对立的阵营。哈恩和梅特纳是长期合作的两个科学家，哈恩是化学家，梅特纳是物理学家，当梅特纳不得不放弃她在德国的研究工作跑到瑞典的时候，哈恩继续他们的研究计划并发现了一个意义深远的新现象。1938年，哈恩发现用中子轰击铀能产生钡。被迫逃离德国远在瑞典的梅特纳正确地将其解释为铀原子的分裂，并正式引入“裂变”描述这一现象。但这已经是德国科学最后的辉煌了。1939年，二战爆发，伤筋动骨的德国科学界再也不能独步天下了。此时，海森堡，哈恩，魏扎克（海森堡的助手，他的兄弟战后成了德国的总统），盖拉赫等日耳曼物理学家还在德国。他们凭着惯性，自大地认为德国物理学仍然是领先的。哈恩的工作之所以重要，是因为它使链式反应成为可能，1个中子进去，发生裂变，在释放大量能量的同时，又产生3个中子出去，这意味着可以激发更多的裂变反应。如果铀足够多的话，中子在还没有跑出铀块的时候就会激发下一级的反应……这需要计算反应截面，反应截面越大，说明需要的铀越少。同时这里使用的是铀235，铀矿在自然界中并不稀有，但铀235的含量很低，这意味着需要对铀进行分离，把极少量的铀235从大量的铀238中分离出来。知道以上这些对物理学家来说并不难。哈恩的实验意味着可能制造出一个超级炸弹，它的威力轻易可以毁掉整个城市。在战争浓云笼罩欧洲的时刻，掌握了此项秘密的物理学家不禁要问：这个炸弹会改变战争的结果吗？如果能的话，就千万不能让它落到希特勒手里，或者必须抢先把这个超级炸弹制造出来，确保击败纳粹。逃亡在美国的犹太科学家，如：齐拉，维格纳和泰勒等是推动美国发展原子弹的最坚定的推手。他们游说爱因斯坦给罗斯福总统写信发展核武器。实际上，也确实是德国稍早开始研究原子弹。1939年8月，在获悉德国可能研究核武器后，爱因斯坦在给美国总统的呼吁书上签了名。罗斯福总统立刻成立了相关的委员会，研究其可能性。要想了解玻尔和海森堡的这段公案，介绍这些物理学和历史的背景是必须的。下面我将继续罗列与之有关的一系列重要事件。1939年9月，德国入侵波兰，第二次世界大战爆发。1940年，当时在英国的派斯（犹太人，海森堡的博士生）计算了U235的临界质量(只有1、2磅)，发现远比以前人们设想的要小。1941年，魏扎克起草了一份专利申请，其中提到了钚炸弹。1941年3月，魏扎克于哥本哈根拜访玻尔。1941年6月，德国入侵苏联。1941年9月，魏扎克和海森堡一起再次拜访玻尔（与此同时德国在基辅战役中取胜，莫斯科指日可下，纳粹德国达到二战时期权势的顶点）。1941年12月6日，曼哈顿计划于洛斯阿拉莫斯启动；苏联在莫斯科反击纳粹德国的军队。丘吉尔写道：“战争肯定将是长期的”。1941年12月7日，日本袭击珍珠港，美国决心研制核武器。1941年12月8日，美国对德日宣战。1941年9月，玻尔和海森堡在哥本哈根曾有一次单独见面，为了避开纳粹的耳目，谈话是在室外进行的。也正因为此，我们除了两个人事后的说辞再也没有第三者的旁证了。哥本哈根是丹麦的首都，当时在纳粹的占领之下，而玻尔本人也有犹太血统，他对纳粹极其厌恶。后来当局势更加恶化的时候，玻尔也从丹麦偷偷跑掉了。根据海森堡的说法，他当时认为在战争期间制造原子弹显然是不可能的（分离铀235的成本过高，而合成钚又需要至少几年的时间），但从另一方面看，如果科学家们全力以赴，也可能实现这个计划。基于这种考虑，海森堡认为他代表德国科学家应该和玻尔谈一谈，最好大家达成默契都别把核武器造出来。海森堡问玻尔，在战争期间，物理学家是否应该从事铀的研究，因为这方面的进步能够在军事技术上导致严重的后果。玻尔是个很敏感的人，在听到海森堡的这个问题后，海森堡说玻尔看起来有点惊慌，并立刻反问：“你确实认为利用铀原子的分裂可以制造武器吗？”海森堡回到说：“原则上是可能的，但是它要求我们在技术方面花费难以想象的力量，而我们认为在目前战争进行的过程中是办不到的。”我相信海森堡的这段叙述应当基本属实，毕竟凭空捏造一段对话是有难度的。关键是对这段话背后意思的揣度。海森堡说这些是很模糊，很有技巧的，有藏有掖，而玻尔是很敏感的人，又处在“国仇家恨”的艰难时刻。在玻尔的描述里，海森堡得意洋洋地向他吹嘘了一番纳粹的武功，希望他与纳粹当局合作云云。然后又抛出上面一段话，玻尔认为海森堡正在积极从事纳粹的核武器计划，并可能取得了一定进展，然后又试图来套盟国方面可能的进展。这样一场欲言又止的谈话就在不愉快与相互不信任中结束了。玻尔在逃出丹麦后，也很快来到洛斯阿拉莫斯参与原子弹的研究。战后，海森堡在一些访谈中宣称德国之所以没有造出原子弹是因为他领导的从事原子研究工作的德国科学家并不希望获得成功。他们没有采取主动的措施来克服各种障碍以加速原子弹的研制进程。潜台词是德国的科学家有良心，不造大杀器，他们甚至比逃亡在英美的犹太科学家更有良心，因为他们积极主动地造出了原子弹。这些访谈后来被写进罗伯特·容克的一本畅销书里，书名是《比一千个太阳还亮》。此外，还有一个有名的话剧《哥本哈根》也是讲这件事的，在这个剧里海森堡也被描写成一名有良心的科学家。希望从导师玻尔那里获得教诲，但玻尔误解了他。不但没有与他一起建立全体物理学家都不研究核武器的秘密盟约，反而刺激他参与了英美的核武器研究计划。玻尔看到海森堡的这些言论后，勃然大怒，立刻写信表示要和他好好掰哧掰哧。有趣的是玻尔的信从来没有被发出，我们知道的是玻尔很生气，认为海森堡对世人撒了弥天大谎，掩盖了当年他来哥本哈根的真实用意。但他写信给海森堡，写了好几稿都不满意，从来就没发出去。这也说明海森堡至少在字面上没骗人，否则玻尔老爷子早就公开信狂骂了。Reference:Release

(1939)喜欢本文，并希望读到更多类似文章，请打赏0.99RMB。译者微博微信：@ianwest往期精彩文章：输入“宇宙”阅读“WMAP