量子糾纏背后的故事（6）：索爾維會(huì)議

作者：程鶚

1909年10月，愛(ài)因斯坦一家從伯爾尼搬回蘇黎士，在他們當(dāng)年作為大學(xué)情侶的舊地開(kāi)始心情舒暢的新生活?，旣惼婧芸鞈焉狭怂麄兊诙€(gè)兒子。

教學(xué)對(duì)于愛(ài)因斯坦是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。在專利局的時(shí)候，他曾爭(zhēng)取到伯爾尼大學(xué)一個(gè)沒(méi)有工資的代課職位。第一學(xué)期，他沒(méi)有學(xué)生來(lái)上課，好朋友貝索拉了另外兩個(gè)專利局的朋友來(lái)捧場(chǎng)。第二學(xué)期，剛有了一個(gè)學(xué)生卻很快退了課。課堂里除了那幾個(gè)朋友，再只有他的那個(gè)對(duì)物理學(xué)一竅不通的好妹妹。因?yàn)闊o(wú)法向這些人收費(fèi)，他只好停了課。

有了蘇黎士大學(xué)的正規(guī)教職，愛(ài)因斯坦全力以赴，每天花很大精力備課。他的工資不高，依舊衣著邋遢，不修邊幅。但與其他教授不同，他完全沒(méi)有架子，在課堂上積極與學(xué)生互動(dòng)，還經(jīng)常邀請(qǐng)學(xué)生課后去酒吧咖啡館神侃，故大受歡迎。不過(guò)，大學(xué)的同道對(duì)他這個(gè)新來(lái)的副教授并沒(méi)多加注意。直到有一天，愛(ài)因斯坦再次迎來(lái)一位不速之客，同行們不得不對(duì)他刮目相看。

那是1910年3月初，柏林大學(xué)的能斯特（Walther Nernst）特地來(lái)蘇黎士與愛(ài)因斯坦會(huì)面。能斯特比同在一校的普朗克稍微年輕，但名氣已經(jīng)不相上下。他研究的領(lǐng)域更接近化學(xué)，是當(dāng)時(shí)正興起的“物理化學(xué)”專業(yè)的領(lǐng)軍人物。作為大名人親自來(lái)到名不見(jiàn)經(jīng)傳的蘇黎士大學(xué)，一時(shí)間引起了不小的轟動(dòng)。

能斯特之所以專訪愛(ài)因斯坦，是因?yàn)樗趷?ài)因斯坦奇跡年的1905年年底提出了一個(gè)大膽的猜想：所有物體在溫度降至絕對(duì)零度時(shí)，它的“熵（entropy）”都會(huì)變成零。他把他的猜想稱之為“定理”，但尚無(wú)任何理論判據(jù)或?qū)嶒?yàn)證據(jù)。為了尋找根據(jù)，他對(duì)低溫下固體的比熱發(fā)生了興趣。

熵是一個(gè)熱力學(xué)概念，是對(duì)物質(zhì)系統(tǒng)有序程度的衡量。熱力學(xué)第二定律便是用熵來(lái)描述——孤立系統(tǒng)中的熵總會(huì)增加（即越來(lái)越無(wú)序）。普朗克當(dāng)初研究黑體輻射就是采用這個(gè)定律才導(dǎo)出普朗克公式。愛(ài)因斯坦是從量子論的角度研究比熱，他只是在專利局的資料中查到了他的導(dǎo)師韋伯的數(shù)據(jù)，卻不知道蘇格蘭的杜瓦（James Dewar）在韋伯之后不久也做過(guò)比熱測(cè)量。與韋伯靠天吃飯、苦等寒冬季節(jié)不同，杜瓦開(kāi)創(chuàng)了低溫制冷技術(shù)，率先實(shí)現(xiàn)了氧氣、氫氣在極低溫下的液化（他發(fā)明的制冷“杜瓦保溫瓶”沿用至今）。也是在1905年，杜瓦發(fā)表了非常低溫下的比熱數(shù)據(jù)，大大擴(kuò)展了韋伯的結(jié)果。愛(ài)因斯坦也算僥幸，他的簡(jiǎn)單模型與韋伯的數(shù)據(jù)符合得非常好，如果是包括了杜瓦的研究成果，很可能反而會(huì)顯得差強(qiáng)人意。

愛(ài)因斯坦關(guān)于比熱問(wèn)題論文于1907年發(fā)表后，一直無(wú)人問(wèn)津。在薩爾茲堡會(huì)議上，他因?yàn)閷Ｗ⒂诠獾谋举|(zhì)沒(méi)有在演講中提及這個(gè)重要發(fā)現(xiàn)。能斯特并未參加會(huì)議，他倒是在1910年偶然發(fā)現(xiàn)了這篇論文。如獲至寶的能斯特意識(shí)到，愛(ài)因斯坦關(guān)于比熱在絕對(duì)零度時(shí)趨于零的預(yù)測(cè)與他自己所猜想的熵趨于零這二者幾乎等價(jià)，但愛(ài)因斯坦提供了背后的物理原因。

能斯特來(lái)蘇黎士大學(xué)之舉，引起愛(ài)因斯坦的比熱理論廣受注意。能斯特和他的學(xué)生進(jìn)行了系統(tǒng)的低溫比熱測(cè)量，肯定了愛(ài)因斯坦的預(yù)測(cè)。不久，索末菲和他的學(xué)生德拜（Peter Debye）也研究了愛(ài)因斯坦那個(gè)簡(jiǎn)單的定性模型，并推廣成為嚴(yán)格定量的理論。而能斯特猜想的“定理”更是一躍成為熱力學(xué)的第三定律——現(xiàn)代物理學(xué)的基石之一。

愛(ài)因斯坦在蘇黎士大學(xué)沒(méi)能持續(xù)多久。很快，他接到遠(yuǎn)道而來(lái)的好消息：捷克布拉格大學(xué)的德語(yǔ)部有一個(gè)正教授席位，幾經(jīng)斟酌之后決定聘請(qǐng)愛(ài)因斯坦。

那時(shí)，大學(xué)副教授不是獨(dú)立職位，而只是輔助相應(yīng)正教授的附屬。能夠履職正教授，這對(duì)于愛(ài)因斯坦來(lái)說(shuō)是他職業(yè)生涯的大飛躍。但妻子瑪麗奇極力反對(duì)，不愿意離開(kāi)蘇黎士這個(gè)熟悉、溫馨的環(huán)境。而且，捷克當(dāng)時(shí)屬于奧匈帝國(guó)，有著一整套陳規(guī)陋習(xí)。即便如此，愛(ài)因斯坦仍然決定履職。他收斂作為施瓦本人的倔犟，既同意加入奧地利國(guó)籍，又違心地在文件中撤回他沒(méi)有宗教的選項(xiàng)，填上了自己隸屬信奉摩西的猶太教（Mosaism）。

1911年1月，愛(ài)因斯坦成為布拉格大學(xué)的教授，他的工資也加了一倍。

那年秋天，比利時(shí)的實(shí)業(yè)家索爾維（Ernest Solvay）在能斯特的游說(shuō)下拿出一筆資金，由普朗克和能斯特遍灑英雄帖，邀請(qǐng)了19位最杰出的物理學(xué)家聚會(huì)討論科學(xué)研究面臨的最迫切問(wèn)題：輻射與量子。年僅32歲的愛(ài)因斯坦是收到請(qǐng)柬的最年輕一位，而且他還應(yīng)邀在會(huì)上做專題報(bào)告。

這是首創(chuàng)高檔次的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議。在索爾維的財(cái)力支持下，教授們下榻布魯塞爾最豪華的飯店，享受最高級(jí)的招待。與會(huì)者沒(méi)有任何生活羈絆，可以盡情爭(zhēng)辯物理問(wèn)題。

1911年第一屆物理索爾維會(huì)議參加者合影。前排（坐）能斯特（左一）、索爾維（左三）、洛倫茲（左四）、維恩（左七）、居里夫人（左八）、龐加萊（左九），后排（站）普朗克（左二）、魯本斯（左三）、索末菲（左四）、金斯（左十一）、盧瑟福（左十二）、愛(ài)因斯坦（左十三）、郎之萬(wàn)（左十四）.（照片中索爾維的腦袋明顯比較大。他照相時(shí)并不在場(chǎng)，是后期添加進(jìn)去的.）

會(huì)議于10月29日開(kāi)幕。精英們正襟危坐，禮貌地凝聽(tīng)年高73歲的索爾維洋洋灑灑地論述他的世界觀和對(duì)科學(xué)發(fā)展的看法。隨后進(jìn)入正式的會(huì)議議程。在能斯特的安排下，愛(ài)因斯坦的報(bào)告在最后一天，題目是《比熱問(wèn)題的現(xiàn)狀》。

雖然會(huì)議主題是“輻射與量子”，但愛(ài)因斯坦驚訝地發(fā)現(xiàn)光量子概念并沒(méi)有被排上日程。于是，他演講時(shí)在系統(tǒng)地介紹了他四年前研究比熱的成果之后，又自作主張地繼續(xù)兩年前在薩爾茲堡的話題，用了相當(dāng)?shù)钠U述輻射同時(shí)是波動(dòng)和微粒的本質(zhì)。

這一次輪到德高望重的主持人洛倫茲站出來(lái)回應(yīng)。他再次堅(jiān)持：愛(ài)因斯坦的觀點(diǎn)完全與麥克斯韋理論矛盾，似乎不值一哂。（愛(ài)因斯坦搬家去布拉格時(shí)，途中他曾專門(mén)繞道荷蘭拜訪了洛倫茲。雖然在量子問(wèn)題上意見(jiàn)相左，而且年齡相差玄虛，但他們兩人已經(jīng)成為互相傾慕的好友.）

愛(ài)因斯坦對(duì)這個(gè)難得的機(jī)會(huì)本來(lái)是滿懷希望，結(jié)果卻讓他頗為失落。在他眼里，與會(huì)者大多是老生常談，沒(méi)有新意，幾天下來(lái)，學(xué)術(shù)上毫無(wú)收益。

讓他大開(kāi)眼界的倒是學(xué)術(shù)之外的花絮。會(huì)上，他第一次見(jiàn)到居里夫人（Marie Curie）和她的已故丈夫的學(xué)生郎之萬(wàn)（Paul Langevin）。而在會(huì)前，法國(guó)的小報(bào)連篇累牘炒作郎之萬(wàn)之妻披露居里夫人與郎之萬(wàn)的情書(shū)，一時(shí)間鬧得沸沸揚(yáng)揚(yáng)?？墒蔷驮跁?huì)議期間，諾貝爾委員會(huì)宣布將當(dāng)年的化學(xué)獎(jiǎng)授予居里夫人，以表彰她發(fā)現(xiàn)并分離鐳元素所做出的貢獻(xiàn)。這也是居里夫人繼與丈夫一起獲得1903年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)之后第二次獲得該殊榮。愛(ài)因斯坦倒是覺(jué)得頗為滑稽。

從薩爾茲堡會(huì)議到索爾維會(huì)議的這兩年里，愛(ài)因斯坦一直在致力于尋找推廣麥克斯韋方程的途徑，試圖使其能容納光量子。但他屢戰(zhàn)屢敗，兩次群英會(huì)也沒(méi)能捕捉到新的思想火花。也許，洛倫茲一語(yǔ)成讖——麥克斯韋方程不可撼動(dòng)。這時(shí)的愛(ài)因斯坦已經(jīng)判若兩人，他身心俱疲、山窮水盡，視乎再也找不到突破口。

瑪麗奇的感覺(jué)沒(méi)有錯(cuò)。布拉格的確不適合他們，無(wú)論是工作或生活都差強(qiáng)人意，遠(yuǎn)不如在蘇黎士時(shí)的愜意。在愛(ài)因斯坦辦公室的窗外，倒是一個(gè)寧?kù)o、漂亮的公園，他經(jīng)常看到一些人或規(guī)規(guī)矩矩、若有所思地散步，或激情地辯論。但奇怪的是，早晨那里全是女性，而下午卻全是男性。他打聽(tīng)之后才知道隔壁是一個(gè)瘋?cè)嗽骸?/span>他不禁向來(lái)訪者感慨：你看，樓下也還有一些不是整天操心著量子理論的瘋子。言外之意......可想而知。

愛(ài)因斯坦掛念蘇黎士。他曾經(jīng)的好朋友——在大學(xué)考試、履新專利局時(shí)幫過(guò)大忙的格羅斯曼已經(jīng)是他們母校蘇黎士聯(lián)邦理工學(xué)院的數(shù)學(xué)教授。格羅斯曼聯(lián)合當(dāng)?shù)貙W(xué)者為愛(ài)因斯坦在那里爭(zhēng)取到一個(gè)正教授職位。在布拉格還不到一年之后，愛(ài)因斯坦再次搬家，衣錦還“鄉(xiāng)”。

1913年，回到母校擔(dān)任教授的愛(ài)因斯坦（左）與他一位新同事和同事的女兒在共同演出.

其實(shí)，蘇黎士也已經(jīng)容納不下這顆正冉冉升起的新星了。

1913年7月的一天，能斯特再次來(lái)蘇黎士，同來(lái)的還有普朗克。兩位學(xué)術(shù)名流來(lái)此偏僻所在，目的只有一個(gè)：說(shuō)服愛(ài)因斯坦接受他們的聘請(qǐng)去柏林大學(xué)。

自從兩年前第一次見(jiàn)到愛(ài)因斯坦之后，能斯特對(duì)他深為傾服，稱他是“玻爾茲曼再世”的年輕人。他當(dāng)時(shí)就萌生了將這個(gè)天才招攬至柏林大學(xué)的念頭。

能斯特不僅是一個(gè)卓有成就的科學(xué)家，還是一個(gè)善于經(jīng)營(yíng)、運(yùn)作的活動(dòng)家，同時(shí)在學(xué)界、政界、商界游刃有余。他曾發(fā)明過(guò)一種電燈，賺了一筆大錢。在他和普朗克聯(lián)手操作下，他們?yōu)閻?ài)因斯坦量身定做了一個(gè)非同尋常的席位。

他們開(kāi)出的價(jià)碼豐厚：保證他會(huì)立即被接收為普魯士科學(xué)院成員，通過(guò)科學(xué)院領(lǐng)取一筆工資；聘為柏林大學(xué)的教授和即將成立的理論物理研究所主任——前者是一個(gè)不需要承擔(dān)任何教學(xué)任務(wù)的教授席位，后者是一個(gè)不需要經(jīng)手任何行政管理的主任職務(wù)。這樣，愛(ài)因斯坦就可以隨心所欲地專注于自己的科研。為了促成此事，富裕的能斯特還自掏腰包捐了款（?）。

雖然不到兩年的教授生涯已經(jīng)讓愛(ài)因斯坦感覺(jué)教學(xué)的疲倦，正巴不得能擺脫這個(gè)負(fù)擔(dān)，但為了顯得矜持，他表示要有點(diǎn)時(shí)間“慎重考慮”。他讓兩位大教授坐火車出游，許諾他們歸來(lái)他會(huì)帶上花在車站迎候：紅花意味著他決定接受聘請(qǐng)，白花則表明他要留在蘇黎士。當(dāng)普朗克和能斯特回來(lái)時(shí)，他們非常高興地看到站臺(tái)上微笑的愛(ài)因斯坦，手里舉著一只紅玫瑰。

為了兌現(xiàn)諾言，普朗克、能斯特、魯本斯，還有另一位柏林大學(xué)教授、前德國(guó)物理學(xué)會(huì)主席瓦爾堡（Emil Warburg），（他也參加了索爾維會(huì)議），他們聯(lián)手給普魯士科學(xué)院寫(xiě)了一封提名信：強(qiáng)調(diào)愛(ài)因斯坦是一個(gè)不尋常的天才，需要也值得非凡的待遇。他們?cè)谛胖兄赋觯霸谌找尕S富的現(xiàn)代物理中，幾乎不存在一個(gè)愛(ài)因斯坦沒(méi)有做出過(guò)顯著貢獻(xiàn)的領(lǐng)域?！碑?dāng)然，他們也沒(méi)忘指出這個(gè)年輕人的不足之處，“有時(shí)候，他可能會(huì)在推測(cè)中迷失目標(biāo)，比如他的光量子假說(shuō)。但這并不能當(dāng)作是貶低他的根據(jù)，因?yàn)橐诳茖W(xué)中引進(jìn)真正的新思想，就不能不經(jīng)常地冒一些風(fēng)險(xiǎn)?！?/span>

“提名信”是在1913年，而普朗克在絕望之際引入量子概念已經(jīng)過(guò)去了12年，愛(ài)因斯坦提出光量子說(shuō)也有了八年之久。這些年來(lái)，愛(ài)因斯坦以他一己之力將量子概念從電磁波推廣到原子振動(dòng)、熱力學(xué)，揭開(kāi)了一個(gè)新的普適理論的序幕。但此時(shí)此刻在這些老牌權(quán)威的眼里，愛(ài)因斯坦的所作努力不是革命性的創(chuàng)新，而只是一個(gè)可以被諒解的缺憾。

索爾維會(huì)議的主題是“輻射與量子”，但與會(huì)者并沒(méi)有花太多功夫探討量子——金斯在會(huì)議上關(guān)于黑體輻射的報(bào)告居然完全沒(méi)有提及量子理論。這讓愛(ài)因斯坦頗感失望。

但是，受邀參加索爾維會(huì)議的盧瑟福（Ernest Rutherford）覺(jué)得非常有收獲。他是英國(guó)物理學(xué)家，早前不久獲得過(guò)諾獎(jiǎng)。半年前，他發(fā)表了一個(gè)相當(dāng)新穎、奇異的原子模型。在當(dāng)時(shí)看來(lái)，原子模型與量子沾不上邊，他沒(méi)有在索爾維會(huì)議上插嘴，也沒(méi)有其他人提及。盧瑟福第一次近距離接觸量子理論，通過(guò)愛(ài)因斯坦的講解，加上能斯特的推崇，他體會(huì)到了量子概念的重要。

       回到曼切斯特之后，盧瑟福禁不住向一位碰巧來(lái)訪的年輕人滔滔不絕地轉(zhuǎn)述了在會(huì)上聽(tīng)到的一切。那位年輕人來(lái)自丹麥，名叫玻爾。