传奇-15

事情是这样的，索莫菲的学生徳拜就来到苏黎世大学任教，这个徳拜研究偶极矩很出名，现在偶极矩的单位就是用徳拜的名字来命名的。他还对X射线的粉末照相有过很大贡献，不过这些跟普通人生活离的远了点。但是他在1960年有一个发现对大家的生活很有用，那就是活化的陈皮粉对甲醛是有吸附作用的。如今甲醛都知道是怎么回事。徳拜在苏黎世主持了一个物理学术研讨会，徳拜是主持人，经常找各路牛人前来交流。这次就从维也纳大学请来了一位薛定谔教授，徳拜就问你最近搞了点啥啊？薛定谔就说正在看爱因斯坦-波色统计方面的文章，徳拜就问这玻色是哪的，薛定谔说他是印度人，最近跟爱因斯坦一起搞统计分布好像他们搞出来的和麦克斯韦-玻尔兹曼分部不太一样。爱因斯坦在统计物理上也很有建树，爱因斯坦好像提到了得布罗意的文章，他提出了电子的波动性。徳拜一听就来劲了，问你对这个理论很熟悉吗？最近好像传的都挺热闹的。薛定谔说自己很熟啊，得布罗意的博士论文自己还搞了一份呢。徳拜就说博士论文不是公开发表的我们都看不到，具体情况你给讲讲呗。薛定谔就在研讨会上把得布罗意的波给讲了一遍，关键点就是怎么从经典力学里的波推导出一个不连续的电子轨道，大家就在下面听的津津有味，对这东西很有兴趣。等薛定谔讲完了徳拜就问，既然电子有某种波动性，那有没有波动方程呢？薛定谔一听这个好像还真没有，徳拜说那也应该先推导一个波动方程出来对吧，薛定谔觉得有道理，可以用波的概念去推导一下波尔的原子模型了，而且还要符合索莫菲的精细结构模型，于是薛定谔就回家算去了。

薛定谔

放下徳拜薛定谔得布罗意不说，回头说泡利。泡利和海森堡俩人都对波尔的圆轨道模型和老师索莫菲的椭圆轨道模型都不满意，那时候大家都跌跌撞撞的就发现旧原子论问题百出。所以爱因斯坦才会说得布罗意的物质波是一缕微光，因为当时物理学在这方面的确是迷雾重重。波尔的模型对付氢原子还行，但是遇到外层电子是两个的氦原子就不行了，海森堡就跟这两个电子的氦较上劲了，他就研究两个电子的到底是怎么回事。泡利也跟多电子较上劲了，因为波尔、西蒙、泡利、卢拉在1922年提到过一个概念，那就是电子是按照能态高低来排列的，先排能量最低的坑，这些坑都占满了再接着往下排。至于为什么会有这样的排布，为啥有的层排的就多有的层就排的少呢？这事他们也说不清楚。泡利不干了，这事不能说不清楚啊，就必须要找到问题的关键所在。还有反常塞曼效应是怎么回事啊，到现在也搞不定，反正师兄弟就跟电子干上了。泡利到了波尔的哥本哈根理论物理研究所，波尔就给了泡利一个苦差事，就让他去研究反常塞曼效应，反常塞曼效应泡利就去研究碱金属光谱了，因为碱金属光谱在弱磁场下就会有反常塞曼效应。正常塞曼效应在强磁场下光谱会分解成三条，而且是可以计算的，但反常塞曼效应光谱不是分成三条的，没这么简单，这样的话用过去的计算方法就对不上号。就拿碱金属的光谱来说，就出现了双重线结构，泡利就发现反常塞曼效应的光谱线决定于最外层电子，里面的层都排满了，只要排满了就不会引起反常塞曼效应。波尔他们就给了一个解释，觉得原子核是不是有角动量，角动量说白了就是在转，因此它一转就搞的光谱分裂了。泡利不信，觉得这事跟原子核没啥关系，隐隐约约地觉得电子有个现在还不大清楚的量子值，这个值具有二值性，所谓二值性就是说这个东西要么是正的要么是负的要么是0。那么一个电子具有4个量子数-主量子数、磁量子数、角量子数，还有一个泡利提出来的第四个量子数，这东西一时半会还搞不清是个啥。搞不清没关系先可以把它带进去看看能推出啥结论，泡利就发现一个原子里不管电子有多少反正没有两个电子的量子数是完全相等的，说白了个个量子数摆开了都不一样。如果是这样的话电子的排布就会呈现规律性的，第一层轨道只能排俩，多了排不下，每一层轨道最多能排多少呢，能排2*n^2个，第一层就是两个，第二层就是8个，这样就豁然开朗了，元素周期表是这么回事。为啥元素的化学性质有相似之处呢，因为它们的最外层电子数是相同的。现在我们都知道元素周期表里的一行行一列列，每一列的元素最外层电子数都是相同的，因此化学性质都很相似。泡利就发表了论文，他把成果就告诉大家了，大家也都看懂了，但是大家对他的成果都没怎么感兴趣。当然了他这个成果就可以解释元素的周期律问题，但是还有其他问题啊，这第四个量子数到底是啥东西，别的量子数都是一二三四，为啥第四个量子数只能取这几个值，泡利自己也不知道这是啥。泡利说不清有人觉得自己能说清，谁呢，美国的一个物理学家叫克罗尼格，他觉得这第四个量子数就是电子的自旋，说白了电子会自转，他还拿狭义相对论计算了一番，然后自己特别兴奋找到泡利聊了一下。泡利一听立马就火力全开，要是电子会自转那速度会远远超过光速，爱因斯坦的相对论都白学了是吧，弄的克罗尼格灰头土脸。泡利后来经常干这种事，把人骂的一点信心都没有了，这都不是一次两次了，爱因斯坦他都敢开火何况别人呢，所以克罗尼格就被泡利骂的没了信心，也就没把自旋的事写成论文发表。他没写大伙谁都不知道，他就闷肚子里了。

哪知道过了半年荷兰物理学家叫埃伦费斯特有两个学生，一个叫乌伦贝克，一个叫古德施密特，他俩就来找老师，他们提出泡利说的这个第4个量子数是不是就是电子的自旋啊。埃伦费斯特一听这个想法很新颖啊，很值得发表。他俩憋了半天就写了豆腐块大小的论文，一页纸不到就给了老师埃伦费斯特，请老师推荐一下发表在自然杂志上。他们老师一看，字少了点就一张纸，不过先发了再说吧。他俩心里忐忑不安，又去找了荷兰最著名的物理学家洛伦兹，洛伦兹拿过这张纸看了看没说啥，说要研究研究，一说研究这俩又忐忑不安了，那没办法啊，只能回去。过了一个礼拜他俩去找洛伦兹，一看一屋子草稿纸，洛伦兹算的脑袋都大了，给了他们俩一叠稿子，上面写着所有的计算结果。洛伦兹就说了要是粒子会自旋，那么粒子表面的速度将达到光速的10倍以上，这二位一听心都凉了，因为宇宙最快的速度也无法超过光速。他们就赶快去找老师别发表那豆腐块论文，哪知道他们来晚了，老师早就把论文寄出去了，他俩哭的心都有了，老师还安慰他俩说没关系，年轻人嘛，出点洋相不要紧。

埃伦费斯特

结果他们的论文一发出来事就闹大了，马上有人表示赞同。谁呢，二师兄海森堡。海森堡还特地写信给他俩觉得他俩想法不错，就是问一下算出来那个因子2是从哪算出来的，这俩人就答不上来了。就在这个时候爱因斯坦恰好到荷兰的莱顿大学讲学，那离得近就碰上这俩年轻人了，他一看也很高兴，就给这俩人指点了一番。只要这样这样算，把相对论公式往里面一带再用洛伦兹变换这么一算，就能把电子不同自旋的能量差给算出来。泡利也看到这篇论文了，他一看就火冒三丈，觉得自旋这东西怎么又出来了。泡利的反对不能说没道理，他反对把经典力学的概念往量子物理里扯，因为泡利的脑子是彻底量子化的，他就跟波尔说这东西是歪理邪说。波尔倒不这么看，他觉得精细结构之类的塞曼效应问题用这种方法就能搞定，是挺好的事啊。后来到了1926年英国物理学家托马斯他在哥本哈根做访问学者就发现这俩人计算里有个小错误，把小错误改过来就可以顺理成章地计算出那个因子2，海森堡的问题最后也搞定了。所以到后来泡利不得不承认自旋有这么回事，这是后面的事了。不过这里要说清楚，粒子的自旋跟我们宏观物体的自转，比如说太阳啊地球啊这种自转或者子弹的自转不是一回事。粒子所带的角动量特征是粒子的内部特性，通俗一点说就是粒子的本性之一，是没有办法改变的。自旋也是量子化的，有半数自旋和整数自旋，后来泡利才把这事搞清楚，等泡利彻底把这事搞清楚那已经是1940年的事了，20年代的时候这事还没那么清晰。

泡利不相容原理就是量子理论的最高成就，但是旧量子论就快要混不下去了，因为出的麻烦那太多，局限太大。波尔就是一个在旧量子理论里打转转的人，他始终转来转去出不去，因为旧量子论就是他奠定的。他早先和克拉默斯、斯莱特提出过著名的BKS理论，用来解释量子辐射这种问题，这三个人合伙写的东西，波尔在其中提供的思想很重要，也是波尔一贯的思想，也就是可以放弃动量守恒和能量守恒，这种在宏观领域起作用的定理在微观领域也许就不是那么回事。当时一伙物理学大佬都稀里糊涂同意BKS理论了。海森堡开始就有怀疑，后来去了一趟哥本哈根，架不住波尔拎着耳朵一顿洗脑就表示同意了，他不仅仅表示同意还把这个理论告诉了波恩，波恩一听也同意了。泡利在波尔身边工作，他平常是最喜欢提出反对意见的，这次泡利也失灵了，他也同意。奥地利的薛定谔好像他也不反对。泡利离开了波尔身边之后，脑子立刻就反应过来了，他发现这事不对劲，但是他也只是怀疑，不过有人就坚决反对，谁呢，爱因斯坦。他获悉了BKS理论之后就给波恩写了封信，在信里他就毫不含糊的表示反对，他说波尔这帮人搞出来的东西是不对的，并且写下了一段后来很有名的话，就是“假如BKS是正确的话，我宁可去当个修鞋匠，甚至赌场的雇员也不愿意做物理学家。”而且后面爱因斯坦就列出了很多具体的反对意见。泡利在离开了哥本哈根之后很快就反水了，他觉得爱因斯坦的观点是对的，所以他就写信给波尔表示自己不同意这个理论。到了1925年前后就有新的精确实验出炉了，这个精确实验就是对康普顿效应的精确测量，这就跟波尔他们几个搞的BKS理论完全对不上，波尔最后没办法，彻底泄气了，最后就承认BKS理论是错的，他投降认输。没过多久波尔又在这种问题上栽跟头，波尔有个情结就是老想对能量守恒定律下手，他觉得微观领域内能量守恒是不确定的，这事可以放弃，最后他闹的泡利都看不下去了，泡利都写信跟他说要他放弃那可怜的能量守恒定律吧，不过这是1929年的事了。波尔这个错误歪打正着，引导泡利计算出了一个中微子，这是后话了。

泡利不相容

那么这个BKS理论明显是个错误，他这个错误有没有起到正向作用呢，有的。海森堡就和克拉默斯合作写了一篇论文，他俩在论文里就很少提到电子轨道这种问题，他们可以不用轨道，直接用光子能量、能级差就可以把这东西搞定，这就是为后来的新量子论提供了坚实的基础，起码海森堡在这个时候得到了一次锻炼，就不用轨道该怎么算。

就在1925年海森堡离开哥本哈根，回到哥廷根大学，然后海森堡就悲剧了，他一个劲的打喷嚏咳嗽流鼻涕，闹的脸都肿了，浑身上下不舒服，闹了半天他花粉过敏，最后他决定去渡假吧，惹不起还躲不起吗。他就躲到了北海的一个小岛上去了，这个岛上全是石头，没有什么花花草草，这总没花粉了。他一上岛就找旅馆，旅馆的人一看到他来了立刻就问他要不要报警，海森堡一脸懵逼说我报什么警啊我住旅馆的，旅馆的人以为他被别人打了脸肿的跟猪头一样。既然来渡假那就自在点，去海里游泳，在海滩读书，海森堡还是个文艺青年，喜欢读诗歌，剩下的时间用来搞物理。在海岛渡假的日子那就是海森堡最放松的日子，也是他灵感激发的日子。每个人都有不同激发灵感的方式，比如说泡利就是骂人的时候最嗨，薛定谔想要激发灵感就要有美人相伴才行，这个后面会说，这也算量子物理学界三个不确定之一。物理学三个不确定刚好是海森堡泡利薛定谔，一人一个。海森堡就吹着海风开始舒服了，一舒服就小宇宙爆发了，他首先想通了一件事，也是他从哥廷根、哥本哈根一直带过来的想法，那就是不能观测的东西就真不能拿它当回事。他发现电子轨道没人看到过，大家都说电子在绕着原子核在做圆周运动，索莫菲老师还假设电子的轨道不是圆是椭圆来解释光谱的精细结构等等，那好办，海森堡就问，谁看到过轨道，谁亲眼见过。好，都没见过，那想个办法做个实验来证明电子的确是在绕圈圈。

所以就从这个疑问，此时此刻海森堡就告别了旧量子论，不经意间就迈进了量子力学的大门，欲知后事如何请看下回分解。