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《科学24小时》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

旨在向全国广大群众,特别是具有中等文化程度的广大青年,普及科学技术知识,繁荣科普创作,启迪思想,...

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普朗克的悲剧人生(下)

2017-07-24 02:10:00

  波尔原子新模型的启示

  1911年10月29日,在创立热力学第三定律的德国科学家能斯特的积极筹划下,具有历史意义的第一届索尔维国际物理学会议,在比利时的布鲁塞尔大都会饭店举行。 由于会议得到了化工实业巨头索尔维的资助,因而会议冠以他的姓氏。 参加此次会议的共有21位顶级科学家,包括普朗克、爱因斯坦、居里夫人等人。 此次会议的主题是“辐射理论和量子”。 在长达5天的热烈讨论中,与会的科学家清楚地看到了经典物理学的严重裂痕,也对日后量子理论的宣传和推广起到了积极的作用。特别是其中一位来自新西兰的物理学家卢瑟福,通过实验成功地建立了原子结构的“小太阳系模型”。 他形象地将其表述为:在原子中心有一个带阳电的核,它的质量几乎等于该原子的全部质量。 电子在它周围沿着不同轨道旋转,就像行星绕太阳旋转那样。 由于电子在运动时产生的离心力,跟原子核对电子的吸引力达到了平衡,因而两者能够保持一定的距离,就像行星和太阳之间保持一定距离那样。

  卢瑟福的原子结构模型,与汤姆逊早期的“果子面包模型 ”相比,虽然有了重大进步,但仍有一个矛盾无法自圆其说。 这是因为按照经典物理学的观点, 电子运动时必然要连续不断地辐射能量,而这会使原子体系的能量越来越少,最后电子必然坠入原子核中,导致整个原子的“毁灭”。事实当然并非如此。

  卢瑟福回到英国剑桥大学后,向与他一起工作的丹麦年轻物理学家波尔详细地介绍了索尔维会议的精神,波尔深受启发。 1912年7月,波尔回到哥本哈根后,就开始运用量子理论解决卢瑟福原子模型的矛盾,这项研究工作进展得十分顺利。 1913年年初,波尔就在一篇名为《原子结构和分子构造》的论文中,明确指出原子中的电子在自己轨道上绕着原子核旋转时,这种轨道不是任意的,而必须符合相应的量子条件。 只有当电子吸收或放出的能量符合普朗克公式时,才会从一个轨道转移到另一个轨道。 因而,这种轨道又是十分稳定、不可能放出能量的。1914年,德国物理学家弗兰克和赫兹联手通过电子碰撞汞原子的稀薄蒸汽实验,发现原子内部的能量是不连续的,从而验证了波尔的理论,并被国际学术界接受。 1922年,波尔因创立这项理论而荣获诺贝尔物理学奖。这当然是后话。

  这时,对此出乎意料的却是普朗克本人。 原来,他虽然提出了具有非凡革命意义的量子理论,但由于他并非是一个自觉的革命者,因而长期惴惴不安,最终没能坚守住自己的理论,甚至出现了徘徊和倒退。 有一次,普朗克对陪同他散步的儿子说:“我现在所做的事或者毫无意义,或者可能成为继牛顿之后物理学上最大的发现。”1909 年,他又告诫世人道:“在将作用量子 h引入理论时,应当尽可能保守行事。 这就是说,除非业已表明绝对必要, 否则不要改变现有的理论。”1910年,他认为能量发射过程, 时间上是不连续的,但吸收则是连续的。到了1914年,普朗克的认知更往后倒退,认为发射过程也是连续的了。 直到波尔的氢原子模型获得公认后,普朗克才放弃了“企图使基本作用量子与经典理论调和起来的这种徒劳无益的打算”。 然而时不我待,普朗克已经跟不上量子力学继续胜利大进军的步伐了!

  当然,普朗克对量子理论的开拓性贡献也是不容置疑的。 他也因此荣获1918年的诺贝尔物理学奖。 他在颁奖现场的答辞中,说到自己发现和认识“作用量子”漫长而曲折的道路时,引用了歌德的名言:“人要奋斗,就会有错误。”但是,由于普朗克并没有触及到这种“错误”的世界观层面,因而他作为公众人物,在政治生活中的表现就更令人诧异……

  迷误于“爱国”漩涡

  1914年7月28日,第一次世界大战爆发。 当年8月3日,德军对中立国比利时不宣而战,并于8 月9日占领全境。在这个过程中,德军以清除游击队为名,枪杀了几千名无辜平民,并炮轰历史文化名城鲁汶,炸毁大学图书馆,焚烧大量珍贵手稿。 德军的这种野蛮行径,遭到国际舆论的一致谴责。

  但是,在这种情况下,“为了国家的荣誉”,10月4日,德国各大报纸上竟刊发了包括普朗克在内的93位学术界知名人士签署的《致文明世界书》。 该文声称:“德国文化是与德国军国主义紧紧联系在一起的。”紧接着,10月23日,3000 多名高校教师又签署了《德意志帝国高校教师声明》,进一步表示“德国军国主义的胜利,关乎整个欧洲文化”。 普朗克也名列其中。

  普朗克的“爱国”还表现在其他方面。“一战”爆发后,他鼓励自己的两个儿子都上前线, 并将一对双胞胎女儿也送到战地医院当护士。 他认为战争虽然残酷,但却是“必要的恶”。甚至连长子卡尔葬身于凡尔登战役,他也认为是死得其所。

  普朗克对爱因斯坦态度的变化,更表明这位“德国科学的代言人”怎样把“国家利益”放在首要位置。 1914年4月,普朗克在能斯特的协助下, 以十分优厚的条件将爱因斯坦从瑞士苏黎世特聘到德国。 爱因斯坦在德国期间,先后担任威廉皇帝物理研究所所长、柏林大学教授和普鲁士科学院院士。普朗克年长爱因斯坦21岁,与他情同父子。 1920年,当德国出现具有反犹太人性质,专门针对爱因斯坦的“反相对论运动”时,普朗克挺身而出,保护爱因斯坦。

  1933年1月30日,纳粹党党魁希特勒正式成为德国元首。 此时,爱因斯坦正应邀在美国访问讲学。3月10日,他公开发表不回德国的声明,并谴责纳粹德国的倒行逆施及反犹太主义的暴行。这样一来,在纳粹德国爱因斯坦就成为一个不受欢迎的人。 甚至连相对远离政治的普鲁士科学院的领导也认为他是一个危险分子,本想将其开除,但是爱因斯坦已在此之前递交了辞职书。

  此时普朗克正在南欧休假,完全可以回到柏林进行干预,但他却反其道而行之,任凭普鲁士科学院亲纳粹的秘书海曼发表了一篇义正词严地谴责爱因斯坦的公开信。 在普朗克看来,爱因斯坦伤害了德国的名誉,甚至危及自己在科学院的地位。 他在给爱因斯坦的信中写道:“您在公共场所的露面,给我们这些维护您的人带来了很大的不幸。”他劝告爱因斯坦放弃普鲁士公民身份并且离开科学院, 因为这“将是您同科学院的关系体面结束,并使您的朋友从不可想象的痛苦与悲伤中解脱出来的唯一办法”。1933年4月1 日,普鲁士科学院的领导在普朗克的默许下,公开表示“对于爱因斯坦的离职,没有理由感到惋惜”。

  普朗克这样做,虽然是服从于国家的权威,但是他本就对新政权抱有幻想,这也是一个重要因素。 他屈从于纳粹压力,将犹太人和非雅利安人从威廉皇帝学会名单上除名,还在公共场合高呼希特勒万岁,并行纳粹军礼。 1937年,他80岁生日时,希特勒专门发来了贺信。 但是,当普朗克看到纳粹德国的倒行逆施越来越严重时,他还是有意与他们保持一定距离的,从而也失去了国家的信任。 从被劝退威廉皇帝学会主席职务开始,随着战争形势的逆转,普朗克的处境开始变得越来越艰难……

  凄凉的最后岁月

  1942年春天,为了躲避盟军对柏林的轰炸,普朗克一度将家搬到了易北河西岸的罗盖兹,但他坐落在森林中的住宅仍被空袭掀翻了屋顶。由于找不到维修人员,他只能滞留乡下,从而中断了大学和科学院的所有活动。 1943年秋天,盟军的轰炸更数次打断了他的演讲,后来他竟然都不能出门了。 更可怕的空袭发生在1944年2月的某个深夜,盟军对柏林发动的一场前所未有的轰炸,将普朗克位于格林瓦尔德高档住宅区的房子,包括藏书、日记、信件及全部个人用品都炸毁了。 正当他在朋友的帮助下找到一个临时住所,重新开始准备关于科学哲学新讲稿时,又传来了爱子埃尔温被捕的不幸消息……

  埃尔温是普朗克与第一任妻子所生的第4个孩子, 曾担任过国务秘书。 在希特勒上台后,埃尔温弃政从商。 20世纪40年代早期,埃尔温开始与卡尔·格德勒领导的保守抵抗组织接触。1944年7月20日,该组织将他的名字列入未来的内阁成员名单。 后埃尔温以“发动政变未遂”的罪名被捕。 同年10月,埃尔温被当时由纳粹党羽罗兰德﹒弗莱斯勒操纵的人民法庭判处死刑。

  普朗克心急如焚之余, 调动了“天堂和地狱的一切力量”营救,但无济于事。 于是,他给自认为重友谊的纳粹德国特务机关最高负责人——希姆莱写信,恳请释放埃尔温。但信发出后如石沉大海。

  普朗克只能直接求助于希特勒。 虽然他在信中用“德国永恒的精神遗产”这样的语言形容自己对科学的重大贡献,但是并未打动希特勒的铁石心肠。1945年1月23日,埃尔温被送上绞刑架。

  祸不单行。 普朗克在痛失爱子的同时,还忍受着严重的脊椎综合症的痛苦折磨。 不久,战火燃烧到罗盖兹地区时,他和妻子只能躲到树林里,睡在草堆上。 幸好一些访问德国的美国同行发现了他,并立即送他去医院救治。“二战”结束后的1947年1 月,普朗克接受邀请,冒着严寒去哥廷根进行最后一次讲演。 同年10 月,他因突发脑溢血逝世,享年89 岁。

  

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