当时,正是原子物理学迅速发展的时期,人们的兴趣越来越集中在整理丰富的实验数据上。海森伯格在哥本哈根的最后一年中,在长期考察和反复论证的基础上,发表了著名论文《量子论中运动学和力学的形象化内容》,第一次提出了测不准关系,这对阐明量子力学的物理内容作出了重要贡献。
测不准关系指出:如果同时测量两个正则共轭变量,例如位置和动量,则其测量值的不准确度之乘积不能小于大致为普朗克恒量除以2π的数。测不准关系也反映了被观察体系和测量工具之间的相互作用。海森伯格的测不准原理成为量子力学的重要原理,他因此于1932年荣获诺贝尔物理学奖金。后来,在这一原理的基础上,尼尔斯·波尔又提出了波粒两种观点之间互相补充的“并协原理”,这种原理后来成为哥本哈根学派的基本观点。
1927年到1941年,海森伯格担任了莱比锡大学的教授,并且开办理论讲座。这个讲座对于推动德国物理学的研究起了重要作用。当时,德国研究理论物理学中心在普朗克研究院,这个研究院的两个重要研究所分别设在柏林和哥本哈根。他曾先后担任过这两个研究所的所长。在这期间,他又提出了关于韦斯铁磁性理论的量子力学解释,并且把电磁场看作动力学体系,与奥地利物理学家泡利(1900~1958)共同提出了电子和电磁场相互作用的相对论量子力学,这成为后来发展起来的量子场论的先驱。1932年,海森伯格又提出了两核子间的吸力是“交换力”,并引入同位旋概念,用以强调这种交换力和电荷无关。
1941年到1945年,海森伯格在柏林大学任教授,并兼任马克斯·普朗克物理研究所所长。在这期间,他的理论又有了新的发展,1943年时,提出了粒子相互作用的散射矩阵理论。
从1946年到1958年,海森伯格又受聘于哥丁根大学,担任教授,同时兼任哥丁根的马克斯·普朗克物理学和天体物理学研究所所长。在这期间,他提出了大雷诺数湍流的统计理论,并且对于在1951年到1953年期间反对哥本哈根学派量子论解释的各种意见进行了反驳。
1976年2月1日,著名的理论物理学家维尔纳·海森伯格在慕尼黑逝世,终年75岁。
为了探索物质结构的秘密,成千上万名物理学家、化学家进行了精确而有说服力的实验。如果说过去这些实验是在黑暗中进行的话,那么自从有了相对论和量子力学以后,现代物理学就有了强大的探照灯,这强大的物理学理论的灯光照亮了科学向前发展的道路。
朝永振一郎
说起朝永振一郎,不禁令人想起汤川君的话来。那时汤川和朝永是同学,可俩人的脾气却大不相同。尤其在日本京都大学刚毕业的时候,22岁的汤川已是备受器重的才子了,朝永却整日垂头丧气,一副惆怅恍惚的样子。
这天黄昏,汤川听说朝永已在屋子睡了一整天,担心他病了,匆匆赶去看望这位老同学。可一推开门,却见屏风后的朝永落魄似的裹在和服里,嘴里发出阵阵梦呓,散发出熏人的酒气。
汤川赶快站到门外厉声喊道:“朝永君!”
朝永振一郎没被叫醒,迷糊地哼哼一声,仿佛仍沉溺于梦境中,在和梦中的人讲话。
“朝永振一郎!”汤川又喊了一声。
醉梦中的朝永这才吓了一跳,忙睁开惺忪的睡眼,只见那叫他的人站在门边。因为那人正对着西面的窗户,透射过来的落霞的红光,辉映在那人的胸前,并使他紧绷着的严厉的脸也沐在夕照中,反射着威武的光芒。
朝永看了一看,才眨了眨倦怠的眼睛。“啊,大概是汤川君吧,真不好意思!”
“你没病吧?”
汤川望着远方硕大红亮的落日,再也没有看一眼倦怠的朝永。
“晤,真是的,都这时候了?”朝永坐起来,打着哈欠说:“倒没病,只是太困了……”
听到汤川君有力的脚步声,腾腾腾地离开,朝永心里一阵惭愧。待他站起来,探头往门外一望,那如火的霞光立即让他感到眩晕。万道光芒正布满了门外的空间。汤川的身影已溶没在这霞光之中。
过了好一会儿,朝永才略整衣带,转眼看着窗外的一串紫藤花。感伤愁烦的情绪,又随残梦如涟漪般在脑际扩展开来。他呻吟着盘腿坐下,随口吟道:
“疲惫不堪借宿时,夕阳返照紫藤花!”
满腹惆怅的朝永,此时也不过才18岁。进大学后,因为青春的洪水,在他胸中鼓荡,他被高度紧张的学习,热烈的讨论裹携着,走到了毕业这个关口。可是,在这个关口,他只看见一望无尽的海面,懒洋洋地呈现在他面前。
大学读完了,毕业论文写了出来,考试答辩一应完毕,他却陡然感觉到人生失去了方向。想要经继续深造,又不知往哪个方向奋斗。而想找个工作,竟然也不能如愿。最后和汤川商量,才争取留在了母校,可是,在母校只当了个没薪水的助教。
这使他感到疲惫不堪,大大失望,做事怎么也打不起精神,甚至也懒得再作什么打算。他灰心至极,除了想念父亲,就不住打哈欠,想睡觉。连比他小一岁的老同学汤川,也开始对他的灰心丧气、意志消沉而不满起来。
其实,朝永也不是素来浑浑噩噩,没有志气的人。不用说,自小学毕业开始,他就一直沉浸在因爱因斯坦访日所激起的全日本追求科学的热潮中,并为此对量子力学产生了浓厚的兴趣。考入京都大学以后,这种兴趣也不曾为寻不到老师而动摇。还在很小的时候,他就向人们证明过他绝不是一个愚笨的人。他爱观察思考,爱摆弄电铃、幻灯机、放大镜之类的东西。他所做的游戏,也常常是一些大人意想不到的小实验什么的。可实在没想到,在大学学习生活结束时,他竟会变得如此颓丧。
其实,每个人的青春,都难免有些无由的伤感和莫名的惆怅。只是朝永的心中,还多了一层自卑的阴影。他和汤川是中学的同学,后来又一同考入了京都帝国大学,且都有志于研究最尖端的量子物理学,所以常在一起商量争论。但后来汤川越来越能深入地把握问题的核心,思考问题也常叫人追不上他的思路,汤川越来越有主见,常常提一个别人找不着来由的问题,却并不真要人回答。他自顾喃喃提出许多猜测、推论,最后才把目光集中在朝永脸上,问道:“是这样吧,你说呢?”
“是什么呀?”朝永茫然不解地望着汤川,不知道他想到哪儿了。
但汤川自个儿在想、在嘀咕,忽然兴奋地说:“对了,一定是这样的!
怪不得狄拉克要这么说呢!”
“狄拉克说什么哪?”朝永问,心里一片茫然。
汤川顿了顿,突然往教室跑去,一边匆忙地对朝永扬扬手臂:“我可以去验算一下。”
写毕业论文的时候,朝永非常吃力,可汤川的笔却涮唰涮地停不下来,好像狄拉克的灵魂就附在他身上。
朝永怎么也体会不到汤川的想法,怎么也不理解汤川的推理。看见汤川学习研究的那种劲头,朝永就自怨自艾地敲脑门,怪自己原是一个不中用的笨蛋。
在繁华的京都,人们逛醒醐寺,吃淡水鱼,喝伏见酒,很容易受到逍遥风气的感染。何况,朝永的确也没有什么信心了,索性抛开了一切人生的畴划,打算随便找一个什么活儿赚钱吃饭,安家度日,淡泊清闲,平平安安地过一辈子算了!
正如他自己后来回忆的那样,和那时的汤川比起来,他的确是充满了自卑。感到压力非常之大,偏偏健康状况也十分不佳,哪里还会想得到后来的那些事呢?
后来,在德国留学多年的仁科芳雄先生来到了京都大学,开始讲授量子力学。他带来了有关量子力学最新发展的消息;带来了哥本哈根学派的批评精神和哲学家气质,更带来了要振兴日本物理学研究的决心。
朝永和汤川等人,毕竟算是京都大学率先研讨过量子物理学的人。凭着那兴趣相投,自然引起仁科芳雄先生的特别关照。仁科芳雄先生是个识才的人,一眼便看出了朝永是个“稍加点拨,就可以做出成绩的人”,于是便邀请朝永去了他的实验室工作。
朝永听博学多闻的仁科芳雄先生讲授物理学,自然不像跟汤川秀树一道时的情况。仁科先生的课讲得生动清晰,丰富又不繁杂,深入浅出,提纲挈领,能引导人注意发现问题,找准思考的方向,最后有明确的解答、周详的分析。听了以后,给人以启发,朝永素来模糊不清的问题,一下全都搞清楚了。
战胜了自卑,也就树立起了信心。正因为这样,朝永才在后来的种种困难面前咬紧牙关硬闯了过来。
后来,朝永振一郎也由仁科芳雄先生推荐去德国留学,但不久,战争爆发了。朝永由战争所迫,不得不中断了在德国的学习回到日本。当时日本军国主义猖狂,科研经费全被用去制造武器,准备战争了。在这种情况下要研究基本粒子,真是千难万难!但朝永抱着一个信念,决不中断研究。这样拼命干到1942年,终于公布了他的《超多子理论》,随即又发表了《分割阴极磁电管理论》。
大战结束后,情况仍然没有好起来。科学人才因枪炮的驱赶流落各地,仪器、设备、实验室、教学楼统统遭到战争损坏。原先积累的科研资料,也弄得七零八落,残缺不全。战后物资紧张,连纸张都很缺乏……但这时的朝永,却显得无比坚强。他不顾一切地站出来,和老同学汤川四处奔走,组织流失的人才,重建科研机构,举办学术座谈会。为了振兴日本的科学事业,不辞辛劳地工作。他再也不叹气,再也不自怨自艾,心里只想着一件事情,就是争取尽快夺回因为战争失去的时间。他后来回忆说:“那时,什么饥饿、疲劳,统统都忘了。但看到一点一点恢复起来的科研工作,心里真是欣慰、踏实啊!”
那时,朝永精神振奋,一边负责组织工作,一边还要进行科学研究。他在研究散射过程中的反作用时,认为丹考夫1933年提出的理论没有考虑库仑相互作用这一重要现象,因而犯了一个重大错误。同时,他还很快完成了质量的“重整化”理论,对现代物理学的发展作出了极大的贡献,并因此荣获了诺贝尔奖。
后来,东京大学发生过这么一个事件。鉴于朝永振一郎先生的声望,有关人士一致推举他担任东京大学校长。可另外一些人却为此感到不安和不解。他们认为像朝永振一郎这样的不可多得的科学家,不应该去干和他的专长无关的事。他们说:“校长、会长这些行政管理方面的职务,选个其他合适的人担任并不难。可在日本,非得由朝永先生亲自去做的事情还很多呢!”
因此,东京大学的学生便自发地行动起来,起草了一份请愿书,由学生代表拿到教职工家里和学生中间去宣读,言辞恳切地请求学校方面取消让朝永先生担任校长的任命。多数教职工和学生都在请愿书上签了名。但是,校方经过再次研究,终于还是没有接受大家的请求。至于朝永振一郎本人,对于上级的任命他没有推诿,还是担起了东京大学校长这副沉重的担子。
上任时,他一方面满口答应一定注意身体,尽量减少直接着手具体的科研工作,只负责抓好行政管理工作。但后来,就是在公务缠身的情况下,还一如既往地利用包括休息时间在内的空暇,继续进行科学研究。先后撰写了《原子核反应中的S矩阵和包散公式》、《量子力学的世界姿态》、《什么是物理学》等论文和著作。
朝永振一郎先生由自卑、消沉到振作起来,发奋努力,最终取得了不起的成就,我们从中应该受到什么启迪呢?朝永先生的话也许是个最好的回答,他发誓说:“不管自己聪明也好,笨拙也好,既然已经迈开步了,就一定永不回头地走到底。”