第一推动丛书·物理系列:爱因斯坦的骰子和薛定谔的猫
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指南针与行星舞

1879年3月14日,在德国乌尔姆市,电气工程师赫尔曼·爱因斯坦的妻子玻琳·爱因斯坦(娘家姓科赫)生下了第一个孩子:阿尔伯特。但小男孩在那个古雅的斯瓦比亚城市并没有待多久。当时受麦克斯韦影响的人不少,赫尔曼也在其列,很快他就带领全家人搬迁至热闹喧嚣的慕尼黑,在那儿与人合伙做电气生意。阿尔伯特的妹妹玛雅就在那里出生。

阿尔伯特很早就接触了磁力。五岁那年,有一天他生病卧床,爸爸送给他一个指南针。小男孩摆弄着这个亮晶晶的小仪器,它奇特的性质令他惊讶不已。不知怎的,指针总能神奇地回到起点,那里用字母“N”标示出来。他急于想找出产生这个奇怪现象的原因。

虽然爱因斯坦没有弟弟,但有朝一日他会结识一位奥地利同行,被他视为兄弟。1887年8月12日,在埃德博格的维也纳区,埃尔温·薛定谔出生了。他是独子,父亲鲁道夫·薛定谔起初学的是化学,母亲名叫乔尔妗(“乔吉”)·鲍尔·薛定谔,外公是成就卓著的英国裔奥地利化学家亚历山大·鲍尔(鲁道夫的教授)。

鲁道夫继承了生产油毡和油布的家族企业,盈利颇丰。然而,他真正的兴趣是科学和艺术,尤其是植物学和油画。他给埃尔温灌输了一种理念:一个饱学之士应该有多元化的追求,应该热爱文化。

艾米丽是埃尔温的小姨,昵称是明妮。小时候,埃尔温与小姨非常亲近。从很早开始,小姨明妮就是他的知己,也是他生活问题的顾问。他对万事万物都感到好奇,并把自己的想法告诉小姨,而她则真诚地全部记录下来——那时埃尔温还不识字。

在明妮的印象中,埃尔温尤其热爱天文学。大约4岁的时候,他喜欢玩模拟行星运动的游戏。小埃尔温围着明妮转圈,他当月球,她当地球。然后两个人把电灯当作太阳,绕着“太阳”慢慢地走。围着小姨转圈圈,二人绕着发光的电灯转,这些可以让他直接感知月球运动的精巧复杂。

爱因斯坦童年时期对指南针的痴迷和薛定谔的“行星舞”成为二人今后对电磁力和引力感兴趣的前兆,而这两个基本力正是在那时被人们认识到的。两位少年深受当时盛行的自然观的影响,即认为宇宙运行的机制像钟表一样精确。在今后的生活中,二人将追随麦克斯韦的脚步,如饥似渴地探求一种更宏大的统一论,将两种力都包含其中,而且同样属于一种机械论。

二人各自沿着切实的路线开始自己的研究事业——追随父辈,寻求科学在日常生活中的应用,但随着生活的继续,又转向更高层次的追求。假以时日,二人各自都会对解开宇宙的奥秘逐渐痴迷——试着去认识宇宙的基本法则。二人在洞察力和计算方面,均具有超高的天分,而这正是理论物理学所需要的。

二人均想循着牛顿和麦克斯韦的足迹,系统地计算出新的、描述自然世界的方程。的确,20世纪最重要的一些物理学方程即将诞生在他们手中,并以他们的名字命名。在分析和理解假说时,尤其在研究事业的后期,二人均在很大程度上寻求哲学的帮助——引用诸如斯宾诺莎、叔本华和马赫等思想家的观点。例如,斯宾诺莎认为,上帝是不可变的自然秩序,受此启发,他们发现了一系列简单、不变的控制现实存在的法则。叔本华认为,世界是由一个单一的、叫作“意志”的驱动性的法则形成的,二人受此启发,要寻找出那个宏大的统一机制。马赫认为,科学应该是有形的,二人受此激励,反对诸如看不见的、非局部的量子联系等隐藏过程,赞同显而易见的、因果关系的机制。

为了找出最简单的数学公式,全面描绘出自然的特定方面,无数个日日夜夜,月月年年,二人痴迷于其中,而这个过程,需要类似宗教的狂热。最终得出的方程便是他们的圣杯,他们的卡巴拉[1],他们的贤者之石。判断一个方程是否简练、出色,通常源于对宇宙秩序的深层理解。虽然从传统意义上说,爱因斯坦和薛定谔都不是宗教信徒(爱因斯坦是犹太人,薛定谔是路德教徒和天主教徒的后代,但均未曾宣誓过信仰,也不参加宗教仪式),二人对宇宙的组织法则都有着同样的好奇心,也好奇于如何用数学公式表达出来。二人都酷爱数学,但并非专门热爱数学本身,而是因为数学作为工具,有助于他们理解自然法则。

对于数学的终生兴趣是从何处产生的?有时,答案就像几何入门中的简练图表和逻辑证据一样显而易见。