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輕騎兵老軍官 諾伊斯充滿浪漫情怀，他也許希望通過意大利之行喚醒鮑林的美學感官。然而鮑林不是諾伊斯。他和愛娃喜愛旅游，但是他覺得那不勒斯“并非無可挑剔”，而羅馬“擁擠得可怕”。提到意大利源遠流長的宗教傳統時他說：“我們欣賞圣彼得大教堂和其他一些雄偉的教堂；但是總的來說我們對此類建筑并不是特別著迷，所以就沒有照導游指南上那樣去尋找別的眾多的教堂。”鮑林縮短了游程，匆匆赶往慕尼黑。他在給諾伊斯的信中寫道：“我們結束了愉快的旅游，我非常高興。盡管意大利非常美妙，一切都是那么新鮮，但是我們覺得有些疲憊了。而且我几乎有兩個月時間無所事事了，急切地想馬上開始工作。”鮑林的心屬于科學。 慕尼黑本身是一個旅游胜地，也是伊薩爾河邊一個綠樹成蔭、气氛友好的貿易中心。全市遍布舊時巴伐利亞王朝時期建造的古老博物館和宮殿。第一次世界大戰前，它以啤酒、公園、先鋒派藝術家團体和寬容的氛圍聞名于世——可以說是德國南部的舊金山。慕尼黑孕育了托馬斯·曼、貝爾托特·布萊希特、瓦西里·康定斯基、保羅·克勒，還有那規模巨大的獅子釀酒厂。德國人把慕尼黑稱作啤酒和藝術之都。 但是，第一次世界大戰改變了一切。1918年，德國准備投降，一場由激進社會党人領導的暴力革命橫掃了慕尼黑。這座城市短暫地成為巴伐利亞人民共和國的首都；隨后的几星期又成為巴伐利亞蘇維埃共和國第一座城市。最終德國國民軍的殘兵敗將在憎惡藝術家和布爾什維克執政的當地人的引導下，攻進了慕尼黑，使這座城市回到了祖國，同時用白色恐怖代替了紅色專政。隨之而來的是20年代早期瘋狂的通貨膨脹，物价在几星期之內暴漲了400％。 通貨膨脹導致的悲觀和恐慌取代了慕尼黑傳統的閒适和愜意。在當地啤酒園中最受歡迎的表演是民歌手演唱的對過去帝國輝煌歷史的怀舊歌曲。店主和商人擔心通貨膨脹會使他們淪為工人階級，開始談論他們如何在戰爭中被共產党和猶太人出賣了。圍繞著慕尼黑的不滿情緒，一股准軍事化的右翼勢力開始集結。在鮑林到來之前的兩年半，一個名叫魯登道夫的舊軍官，還有一個名叫阿道夫·希特勒的落魄畫家和前下士，在設于慕尼黑一家啤酒屋的總部中，密謀率眾推翻當地的政府。 行動失敗了。當鮑林在1926年4月底到達慕尼黑時——剛好獲悉自己已經正式獲得古根海姆獎學金——這座城市至少在表面上已經恢复了平靜。通貨膨脹得到了抑制，短期的相對繁榮緩解了緊張的政治气氛。但是在平靜的表面之下依然存在階級和种族摩擦，仍然有褐衫党徒把布萊希特那樣的藝術家驅逐出城市。多年的戰爭、通貨膨脹、革命、反革命和破產的革命使慕尼黑心神不定。這座城市已經經歷了變革，即將迎來另一場變革，什么事情都可能發生。 鮑林夫婦搬進了阿得爾伯特和巴列爾大街僅有一個房間的公寓，距慕尼黑大學只有几個街區。安頓下來以后，鮑林馬上去見索末菲。他被引進了大師在理論物理研究院的明亮的書房，窗外是一個漂亮的園子。索末菲身材矮小，微微有些謝頂。但是他不怒自威。一方面出身名門，一方面為了彌補身材的不足，他渾身帶著一股普魯士貴族的派頭，穿著一絲不苟，站得筆挺，長長的鬈須用蜡精心擦拭過，臉上還帶著決斗留下的傷疤。“他看上去多像輕騎兵老軍官，”索末菲的一位學生回憶起他第一次走進教室時給人的印象。 當鮑林來到慕尼黑時，索末菲58歲，正處于個人權力和威望的最高點。他是慕尼黑理論物理研究院的院長，几代年輕原子物理學家心目中的圣人。他對玻爾原子的貢獻以及所著光譜學方面深具影響的教科書牢固地确立了他作為量子論專家的聲譽，但他從來沒有被認為是一流的理論家。他是一名出色的數學家——“如果你想成為物理學家，你必須做三件事情，”他說，“第一，學習數學；第二，學習更多的數學；第三，堅持這樣做。”——但是，他的才能在于整理和闡述別人的重大突破，而不是提出自己的新穎見解。對玻爾的原子理論他就是這樣做的：順著別人總的思路，從數學上加以完善。在他早期的學術生涯中，他就已經對電子波的物理特性和旋轉陀螺的理論進行過類似的嘗試。在量子力學的發展史上，索末菲不過是一個重要的配角；他沒能贏得諾貝爾獎。至少有一個歷史學家把他貶為“數學雇佣軍”。 然而，索末菲遠非如此無能。和諾伊斯一樣，他有把毛頭小伙子精雕細琢成杰出科學家的神奇本領。他思想极其開放，樂于追蹤新思想，在和同事們一起評价其重要性之后，就會立即把其中最重要的介紹給自己的學生。他認識理論物理學界的所有要人，与許多人進行過合作，并与其他人保持著經常性的書信往來；在慕尼黑，不停流動的信息使這座城市成為這一新領域的神經中樞。他把來自愛因斯坦。玻爾、薛定諤、泡利和海森伯的書信和文章校樣稿帶到討論會和講座上供學生們閱讀。這樣，學生們早在這些文章正式發表之前就能了解學科的最新進展。 索末菲的講座富有傳奇性。与將來的鮑林不同，在課堂上他不是一個魔術師，而是組織規范和條理明晰的楷模。他的演講風格足以引起學生們的興趣，語速中等可以讓他們仔細做筆記，思維條理清楚，引導他們理順量子物理學的主要論點，使他們不致于在這一新興領域遍布矛盾的荊棘叢中迷失方向。每一步他都要仔細地把物理發現同數學解釋聯系起來，在黑板上表明如何用數字來解釋并揭示真實世界中的現象。在20年代中期，索末菲六個學期一輪的量子物理學講座是那些對這一領域真正有興趣的學生的必修入門課。他在慕尼黑的研究院，与哥本哈根的玻爾研究院和哥廷根的玻恩研究院一起，被認為是世界上學習量子物理的三大中心。 然而，同他的講座風格同等重要的是，索默菲樂于与每個學生保持密切的聯系。在普魯士貴族拒人于千里之外的表象下，是一位熱心、誠懇并善于鼓勵學生的慈父般的老師。他邀請學生到家里去舉行業余演奏會（索末菲的鋼琴彈得相當出色），他喜歡在一家小咖啡館里談論物理，邊講邊用鉛筆在桌上寫下算式，他還每星期抽出很長的時間与每個學生進行交談。在這些研究討論中，他會詢問他們工作的進展，提出指導意見，并給予鼓勵。索末菲具有一种獨特的德國式的樂觀精神：他堅信德國科學和德國音樂与哲學一樣，代表了人類的最高成就，而且德國思想的理性發展必將最終破解原子的秘密。這只是時間和方法的問題。他讓學生們把精力集中在較小的、力所能及的問題上，而不允許他們把時間浪費在复雜的大理論問題上，從而幫助他們建立起信心。他常說：“當國王建造宮殿的時候，馬車夫更忙。”在嘗試制作王冠之前，他要保證學生首先是一個合格的木匠。如果說，尼爾斯·玻爾在20年代中期對圍繞在他的原子模型理論周圍的疑云日益悲觀，日漸成為量子物理學的憂心忡忡的哲學家，那么，索末菲則可以說是量子物理學樂觀的工程師。 在培養成功的物理學家方面，他的研究院是無与倫比的。愛因斯坦在1922年寫信給他說：“我特別欣賞您培養出了如此眾多的青年才俊。”据估計，第二次世界大戰前在德國教書的所有物理學家中，有三分之一在索末菲的研究院里做過學生或助教。這些才俊包括勞厄、德拜、沃爾夫岡·泡利、維納·海森伯、保羅·埃瓦爾德、漢斯·貝特、保羅·愛潑斯坦、格雷戈爾·文策爾、瓦爾特·海特勒、福里茨·倫敦、卡爾·貝歇爾特以及外國學者愛德華德·康頓、埃西多·拉比、愛德華·泰勒、勞倫斯·布拉格和鮑林。他的許多學生在學術上超過了他。他們所有人都從他那里學到，沒有什么是不可能的。海森伯說：“我從玻恩那里學到了數學，從玻爾那里學到了物理，而從索末菲那里學到了樂觀。” 研究原子時，樂觀是不可或缺的。大家越來越清醒地認識到，玻爾—索末菲關于電子沿軌道轉動的原子模型不能說明問題。原來的困惑仍舊得不到解釋：運動的電子為何不會喪失能量撞向原子核？為何它們只能呆在特定的軌道上運動？電子如何“躍遷”？而且現在又出現了新的不可思議的現象。在20年代初，法國的一位博士生普林斯·路易斯·德布羅意提出，電子表現出波和粒子的雙重特性；換句話說，物質，至少在原子水平，具有光的性質。美國貝爾實驗室的研究人員在1927年證實，電子在穿過晶体時會發生衍射，就像光波和Ｘ射線那樣。1923年，另一位美國科學家阿瑟·霍利·康普頓發現了光具有粒子特性的強有力的證据。接著，兩名青年丹麥科學家戈爾德施密特和烏倫貝克發現電子會“自旋”。粒子怎么會是波，而波怎么又會是粒子呢？波怎么能“自旋”呢？ 在加州理工學院，鮑林听說過很多玻爾—索末菲原子模型存在缺陷的議論。但在最后得到證明之前，他仍然信奉這一模型和其他相關的理論。他在1925年12月份還認為，基于玻爾—索末菲量子理論的計算“簡洁明快，論据充分”。但僅過了几個月，到了1926年夏天，他已開始用一种新的思路來看待原子了。 這起始于他与索末菲的第一次談話。對于德語，鮑林從祖父母那儿學了一點，后來又在俄勒岡農學院學過兩年；他的這點德語加上索末菲有限的英語，他倆得以進行深入的會談。鮑林問，也許您還記得在加州理工學院訪問時見過我？遺憾的是，院長忘記了。索末菲讓鮑林描述一下他的研究興趣和他希望在慕尼黑取得的成果。鮑林熱切地談起他希望繼續在加州理工學院的一項工作，關于氯化氫气体介電常數的研究。然而鮑林吃惊地發現，索末菲“并不怎么在意我的建議”。和多數德國科學家一樣，院長認為美國物理學總的來說不登大雅之堂。（他告誡一位准備拿獎學金到伯克利深造的德國青年物理學家說：“不要對此過于認真。在美國的日子會非常好過。那儿任何年輕人都能成為助理教授。”坏管怎樣，德國的習慣是教授制定研究課題，而不是學生來定。索末菲讓鮑林給他几天時間考慮，然后讓鮑林研究一個他并不是十分熱心的問題，關于電子自旋的一系列嚴密的運算。 鮑林對待這項工作的熱情好比是完成母親在他十多歲時給他安排的課余工作：他沒有取得什么進展，很快就放棄了努力。他的興趣在別的事情上。他回憶說：“我思考著几乎每一個懸而未決的理論問題。” 當時他特別感興趣的是一個氯化氫問題。鮑林試圖用一种量子理論來精确地預測電場對极性分子運動的影響。他的理論預測与實驗結果相當接近，這使他确信問題出在實驗測量不精确或者是自己的理論尚不完善，而玻爾—索末菲原子模型是正确的。在离開美國赴歐洲之前他正思考著以一定角度給電場加上一個磁場。如果玻爾—索末菲理論是正确的話，磁場將會對分子運動產生可以測得的影響——而經典理論認為不會產生這一种作用。這將為量子理論提供新的證据。鮑林最終說服索末菲讓他著手進行這項工作。鮑林在1926年5月22日給諾伊斯的信中寫道：“索末菲說，下個月德拜將在蘇黎世召集一次有關磁場的會議，會上將宣講我的成果，因而我必須在此之前搞出些名堂來。” 鮑林廢寢忘食地開始工作，在書桌前一坐就是几個小時，在筆記本上寫滿了公式、草圖和心得。愛娃在6月2日寫道：“萊納斯忙著解決他的氯化氫問題，一會儿興高采烈，一會儿悶悶不樂。”到6月10日，鮑林能從理論上證明，如果玻爾—索末菲理論是正确的話，磁場應該會有相當大的作用。他一面等待帕薩迪納實驗室證實他的結論，一面用德語寫就了一篇論文。索末菲在6月21日把這篇論文帶到了蘇黎世的會議上。几天之后，鮑林收到索末菲的一份電報，叫他到瑞士去闡述他的觀點。 愛娃仍然記得那年6月底乘火車穿越阿爾卑斯山脈的旅行——蔥翠的山坡，火紅的罌粟，戴著藍色頭巾的農村婦女——還有她丈夫的激動心情。鮑林引起了索末菲的關注。他的觀點受到了重視。到達蘇黎世后，他們應邀与院長和其他几位科學家到德拜家用餐。在后來几天時間里，鮑林介紹了自己的理論，听別人的報告，并和几位歐洲最著名的物理學家隨意地進行了交談。愛娃寫道：“他專心地傾听著，興奮异常。我很高興看到他這樣。” 另一件令鮑林格外激動的事情是有机會同大家談論最多的歐洲青年物理學家泡利交換看法。泡利出生于維也納一位化學教授家庭，17歲那年，在听完愛因斯坦關于相對論的一次演講之后，他站起來說那位科學巨匠的結論中有些錯誤，從而聲名鵲起。18歲的時候，他為百科全書撰寫相對論條目。1925年，他還只有25歲，就發表了“不相容原則”，從而在玻爾—索末菲原子模型描述電子狀態的三條原則之外又加了第四條。他還表明，任何兩個電子都不會有完全一致的量子數。這樣，他就确立了自己在物理學發展史上的地位。戈爾德施密特和烏倫貝克運用泡利的第四條量子數原則，發現了電子“自旋”的新特性，即電子繞自己的軸旋轉的特性。自旋有兩种，一种与電子的軌道平行，一种与電子的軌道相反。按照不相容原則，一對電子只要自旋方向相反，就能相容于同一個軌道。成對電子的思想立刻引起了化學家，至少像鮑林這類化學家的強烈共鳴，因為他們對路易斯共用電子對成鍵的理論是相當熟悉的。 与此同時，泡利也由于他一位同事所稱的“過分誠實”而聲名狼藉。如果他認為某种理論粗制濫造，他會直截了當，有時甚至是無情地加以鞭撻。連好脾气的保羅·艾倫費斯特也受不了泡利尖刻的批評，對他說：“我喜歡你的論文，而討厭你的為人。”鑒于鮑林的論文指出了泡利有關极性分子思想的缺陷，也許他會受到冷遇。 在一次報告間歇，鮑林跑到泡利面前，向他講述自己几星期來的辛勤工作表明玻爾—索末菲量子物理學模型是對經典理論的改進。泡利彬彬有禮地听他講完，給了他四個字的答复：“沒有意義。”也許是覺察到了自己的評論給對方的打擊，他補充說：“如果在兩年之前，你會出名的。”兩年之前尋找支持玻爾—索末菲的論据還是有意義的。但是現在，至少對泡利這樣天才的歐洲青年物理學家來說，那一理論已經過時。一年前，一种新的稱為量子力學的思維方式已經誕生，從而宣告了玻爾—索末菲理論的死亡。 新力學 泡利的朋友維納·海森伯是玻爾—索末菲理論的主要殺手。他倆是互補的一對。泡利是內向穩重、善于嚴密分析的兄長（年長一歲半），而海森伯是容易沖動、具有創新精神的闖將。他們的學習生涯頗為相近，海森伯比泡利晚一兩年：他們都在慕尼黑索末菲處獲得博士學位。在那里，一年級研究生海森伯初識泡利并成為好朋友；兩人都赴哥廷根跟隨玻恩深造；然后兩人都在哥本哈根當過玻爾的助手。玻恩是新物理學的思想教父之一；兩人都受到玻恩怀疑論的影響并崇尚數學。玻息傳授給他博士后學生的思想是，在描述原子時使用的空間和時間概念不應當受到描述較大物体時使用的相同概念的限制。他同時也傳授給了他們一個數學家對于混亂、矛盾的玻爾—索末菲原子模型的厭惡。到了1924年，泡利和海森伯就已經把修補玻爾—索末菲原子理論的努力稱之為“騙局”。 海森伯將終止這場騙局。他認為這一謬誤的症結在于，研究人員試圖用一個編造出來的、電子沿軌道運行的模型來硬套越來越奇怪的實驗結果。海森伯決定忘掉軌道，把模型拋到腦后。他把玻爾—索末菲模型從自己的大腦中抹去，然后完全基于觀測到的數据在腦海中构筑純粹的數學公式。沒有人能夠看到在軌道上運行的電子，但是你可以看到它們發出的光。海森伯把注意力集中在光譜數据上。他曾患枯草熱在北海一個多石的小島上養病，就在那充滿傳奇色彩的几天里，海森伯僅僅依靠可觀測的數据，創造了一种描述量子物理的新的數學方法。玻恩和他的一個學生帕斯卡爾·約爾丹對此又作了整理和推廣，這就形成了后來人們所說的矩陣力學。這一新的体系對舊的量子物理學作了顯著的改進。它不僅可以用來更加令人信服地解釋更多的光譜數据，而且本身也涵蓋經典物理學原則，牛頓力學就是其一個极限情況。創建矩陣力學時，海森伯才四歲。 這是一個規模龐大、要求极高的數學体系。而且數學還不是它唯一的問題。海森伯在擺脫原子模型方面做得太徹底了。人們反對矩陣力學，因為它實在是太抽象了；它与任何直觀的東西沒有絲毫聯系。數學公式看起來不錯，但是這些公式描述的是何种原子呢？人們最初怀疑海森伯的創造可能只是沒有物理基礎的數學臆想，一种异想天開，或者像愛因斯坦那樣直截了當地稱矩陣力學為“魔術”。它并不能吸引類似鮑林那樣的研究者，他們只有“看見”原子，工作起來才能得心應手。玻恩在1925年末曾經到美國巡回演講過矩陣力學；鮑林在赴歐洲之前曾經在加州理工學院听過他的講座。与許多物理學家一樣（多數化學家根本就不理解海森伯的思想），鮑林并不能接受這一思想。他回憶說：“太复雜了，我不知道該如何用它來解決我感興趣的任何問題。” 在鮑林1926年3月乘船前往歐洲的時候，物理學界又被另一种似乎是完全不同的量子物理体系的發表所震撼。著者讓人覺得有些難以置信。埃爾文·薛定諤已界中年，是一個老派的奧地利理論物理學家。他先前一直以一种狐疑的態度注視著量子物理异教學說的發展。他已經39歲，過了提出革命性理論的盛年期，這一領域屬于海森伯這樣的年輕人。不過，他也有自己的爵好：醉心哲學（特別是斯賓諾莎、叔本華和吠陀的哲學思想），維也納人對于所有其他民族（特別是美國人）的优越感，對于性自由的開放態度（特別是和比他小得多的女人發生曖昧關系）。他的同事（他妻子的情人）赫爾曼·外爾曾一度把薛定諤偉大的量子力學思想歸因于“他生命后期性欲爆發的結果”。就稟賦而論，与其說他是一個革命者，不如說他是一個反動派。他在骨子里是一個經典物理學家，對于量子思想的自相矛盾抱著一种直覺的厭惡態度。一次，他對玻爾說：“你一定得知道，量子躍遷整個想法全都是胡說八道。” 薛定諤希望摒棄玻爾的思想，用經典的觀念來解釋原子。他認為從德布羅意的思想中找到了思路——電子像波，而不像沿軌道運行的小行星會作出那些荒謬的躍遷。薛定諤提出，原子核周圍是以一定頻率振蕩的電子或波，有點像振動鼓面的駐波。只有某些穩定的頻率是可能的，即那些包含整數個波的頻率；如果不是的話，波就會彼此干扰。增加能量，電子或波就被激發到下一個整數的頻率；能量喪失后，就會釋放出一定波長的光。在一陣不同尋常的工作之后，薛定得提出了一個數學方程式。把電子看作為波，就能夠推導出氫原子穩定態的玻爾能級。盡管令人難以置信，但是他認為電子實際上并不是空間的一個點，而像是一層繃在原子核周圍的駐波。他可以測量波的形狀和密度。根据計算，他發現氫電子在原子核周圍形成了一個帶負電能量的球面。他的体系看起來能夠与玻恩和海森伯的体系同樣完整地描述原子的實際，因而被稱為波動力學。 和當時許多物理學家一樣，索末菲很快就接受了更接近經典物理的波動力學。与矩陣力學相比，薛定諤的數學表達式簡洁明了——他的体系更易于理解，比玻恩和海森伯嚴謹的矩陣更“方便用戶”——當然，他仍然怀疑波動力學是否真正能描述一种物理現實。每一個年輕的自然科學家在學校里都學習過波的物理特性，因而對波這一概念感到很親切；即便電子實際上并不是以這种形態存在的，薛定諤方程也可以被視為是電子“云”，而以一种可辨認的形狀圍繞在原子核周圍。就氫原子而言，球狀電子云的密度根据它到原子核的距离接指數規律遞減。波動力學還表明，就像玻爾預測的那樣，在較复雜的原子中，附加的電子可以被設想為在內層球体外形成了新的球形外殼。 許多不喜歡量子理論過激革命內涵的傳統物理學家熱情地歡呼波動力學的誕生，認為這是傳統物理學的具体化。鮑林的年齡還不至于使他成為一個傳統學者，但是在索末菲的引導下，他也把波動力學看作是一個更容易使用、更便于想象的工具加以采用。鮑林在1926年給同事的一封信中寫道：“我發現他（薛定諤）的方法比矩陣運算簡便得多；而且根本思想更能令人滿意，因為在數學公式背后至少還有一絲物理學圖案的影子。”他說，与矩陣力學相比，原子波動圖“非常清楚，十分誘人”。 像對待任何物理學中有价值的新思想一樣，索末菲盡可能早地在慕尼黑介紹了波動力學。鮑林在第一學期參加了一個討論會，分析薛定諤早期波動力學論文的校樣稿。薛定諤本人也在1926年夏天來到慕尼黑宣講自己的學說，鮑林在座。在這位奧地利人的講座結束時，一個滿頭淺棕色亂發、一臉孩子气的年輕人從教室后面跳了起來。他就是海森伯。他對人們這么快就接受薛定諤的理論感到异常憤怒，而且擔心自己的矩陣体系會被搬到一邊。他當面質問薛定諤，他的電子波理論如何解釋諸如光電效應和黑体輻射這類量子化過程。薛定諤還沒來得及回答，慕尼黑實驗物理學研究院院長，德高望重的諾貝爾獎金獲得者維爾海姆·維恩怒气沖沖地插話道：“年輕人，薛定諤教授將來肯定會解決這些問題的。你必須理解現在我們已經不再相信量子躍遷這一派胡言了。”薛定諤冷靜地補充說，他深信最終他的方法會澄清所有的問題。 這是兩种世界觀的碰撞。海森伯日漸确信，從根本上來說，原子是不可知的，原子水平的實際情況是不可想象的。原子現實是不可能用經典理論來想象或描述的；只能夠通過他奇特的新穎數學公式來認識。而薛定諤同樣确信，原子肯定具有一些經典物理學的性質。盡管兩人在公開辯論中保持著彬彬有禮的態度，但是他們私下的書信往來表露出了他們之間的敵對情緒。薛定諤依然稱量子躍遷是“怪异的”，海森伯則斷定薛定諤堅持原子有形是無稽之談。 新量子力學的矩陣理論和波動理論都比舊的玻爾—索末菲原子模型——以下稱為“舊的量子理論”——來得优越，兩者都能以較少的矛盾解釋多得多的實驗結果。泡利告訴鮑林，他在雙原子分子上的辛苦工作是白費力气，因為它支持的不過是一個過時的体系。确實“沒有意義”。 同時，泡利也意識到，鮑林跨學科的体系為新的量子力學提供了一個极好的試驗。鮑林的理論提出，舊的量子理論預測磁場對氫气的介電常數會產生可以測得的效果。泡利告訴他，這很可能是錯誤的；新的量子力學的預測結果是沒有影響。如果鮑林能夠以新的量子力學公式來計算他的体系，他可以發表那篇被認為是支持舊的量子理論的論文。不過，這次的用意在于駁斥舊的量子理論。 來自帕薩迪納的試驗結果進一步否定了鮑林關于磁場效應的預測。在此之后的几個星期里，鮑林又運用新的力學重新進行了運算（他借鑒了海森伯和薛定諤兩人的公式）。他說，計算結果顯示，“舊的量子理論顯然不成立，而新的量子理論成功了。”對鮑林來說，舊的量子理論也死亡了。 在蘇黎世會議結束后兩星期給諾伊斯的一封信中，鮑林寫道：“我現在正埋頭于新的量子力學，因為我覺得原子和分子化學需要它。”對鮑林和每一個物理學界人士來說，新体系的明顯优越性很快就体現了出來。不久之后鮑林說：“舊的量子理論与實驗結果不符，而新力學与自然十分和諧。在舊的量子理論無言以對之際，新力學雄辯地說明了真相。” 愛娃喜歡他們在歐洲的日子。她和萊納斯再次補上了從沒度過的蜜月。盡管鮑林的工作日程很緊——大多數夜晚他都在房間里伏案運算，而愛娃則在一邊讀書或者練習德語——他們仍舊有時間娛樂。他們在慕尼黑听歌劇，參觀美術館；他們經常去新建的德國博物館，那里有大量的科學展品，周末到阿爾卑斯山去爬山，有時也去歐迪賭場跳舞。“我喜歡和萊納斯跳舞，他的舞跳得棒极了，”愛娃在那年夏天寫道。“我們配合得天衣無縫，大跳別人不會的小步舞。”愛娃遠非一個普通的社交伴侶。鮑林夫婦几次受邀到索末菲的家去作客，愛娃給所有的人都留下了良好的印象。當索末菲听說她會彈琴時，就讓人把自己的一架鋼琴搬到了鮑林家。和在加州理工學院一樣，愛娃陪萊納斯去听講座和討論會，甚至還去每星期在咖啡屋舉行的物理學家專業聚會。很多時候她是在場的唯一女性。那年夏天，她驕傲地寫信告訴諾伊斯：“一個德國小伙說，連我在內，理論物理學院有5個美國人。” 在慕尼黑過了几個月后，鮑林成了美國學生聯誼會的常客。与一對和他們同住一幢樓的美國博士后紀列民兄弟一起，萊納斯和愛娃組成了非正式的來訪美國學生歡迎委員會，向新來的學生介紹這座城市和大學，然后帶他們到自己最喜歡的咖啡屋去向他們介紹最新的科學發現——或者談論更重要的話題，比如獎學金是否夠用。 在与愛娃母親的通信中，他們時刻追蹤著小萊納斯的健康、心情和成長。盡管兩人都很想念孩子，他們很高興沒有帶孩子一同來，因為這會給他們帶來太多的家務和麻煩。到慕尼黑几個月后鮑林寫信給諾伊斯說，“我對妻子清醒頭腦的敬重与日俱增，因為當初我曾竭力主張把孩子帶來。” 唯一的陰霾發生在7月初，他們收到鮑林妹妹露茜爾的來信，告訴他們關于母親的坏消息。貝莉的健康急劇惡化，被送進了塞勒姆一所主要用來治療精神病人的州立醫院。鮑林馬上回信說：“媽媽的消息對我的打擊很大。我將盡我全力，告訴我你希望我做些什么……我從來不知該如何是好，因為我不知道事態的嚴重性……我把所有手頭的錢都寄給吉姆叔叔了。如果不夠的話，我會設法借錢……媽媽需要什么都給她。” 但是，當信到達波特蘭之前，貝莉已經去世了。 這是一种日益不幸的生活的終結。在鮑林上大學一年級的時候，貝莉再婚了。新郎布萊頓是貝莉的姐姐格蒂安排見面的，一個整天嚼著煙草的士兵。他們閃電般地結了婚，這場婚姻從一開始就注定了失敗。鮑林的兩個妹妹波琳和露茜爾打開始就不喜歡她們成天躺著不干活的繼父。蜜月過后不久，貝莉患上了流感，后來發展為肺炎，慢性貧血又進一步加劇了病症。新婚夫婦開始吵架。几個月后的一天，布萊頓抓起帽子和外套說是去理發。他再也沒有回家。 波琳也迫切地希望离開這個家。高中畢業之后，在萊納斯的資助下，她沿著哥哥的足跡進了俄勒岡農學院，但是她并不喜歡大學生活。她年輕又漂亮，渴望著能夠到新鮮的地方去。1925年，她在波特蘭的慈善互助俱樂部當上了秘書長助理，不久就得到了俱樂部体育教練的好感。波琳慫恿他到別的城市去尋找机會，他們很快結了婚，在几個月后搬到了洛杉磯。當貝莉得知兩人私奔之后，一下癱軟在地上了。 露茜爾在三個孩子中最可愛，最听話。她一個人承擔起職責，照顧喪失生活自理能力的母親。貝莉的惡性貧血進入了一個新階段，大腿喪失了行動的能力和感覺，還間歇地出現臆想和幻覺。維持生計的重壓使她身心交瘁。寄宿房的取舍得作出決斷，露茜爾已經20歲出頭，但她對生意經卻一竅不通，也不想自己來作出選擇。“我讓別人來作決定，來照料媽媽，來照料一切，因為我實在太不成熟，難以擔當責任，而且過于輕信，”她后來在給鮑林的一封信中這樣寫道。 鮑林最后一次見到貝莉是在1926年3月，當時，他和愛娃在去歐洲途中路過波特蘭。那時候，他就意識到母親已經逐漸喪失了照顧自己的能力。她的頭發已經灰白，行走困難。但是鮑林不愿打亂自己的計划。他告訴母親，自己在帕薩迪納的銀行里存了一千美元，如果要用的話，只要跟他說一聲；他還托付自己的叔父，法官詹姆斯·坎貝爾，以及一個忠誠的老寄宿者埃克曼先生，多多關心他的母親。 兩星期后，貝莉賣掉了寄宿房——至少在紙面上。“買主”是露茜爾，售价10美元。也許貝莉是為了逃避身后的遺產繼承稅或別的問題；也許她是為了獎賞留在身邊的唯一的孩子。然后，她出租了房子，和露茜爾搬到了附近的一間公寓中。這耗盡了她最后的一點精力。她產生幻覺的間歇越來越短，夜不能寐，愈來愈煩躁不安，忽而得意洋洋，忽而疑神疑鬼。露苛爾受不了，只好把貝莉的大姐格蒂叫來收拾局面。 格蒂也無能為力，最后決定把貝莉送進收治精神病人的州立醫院去。在處理好法律程序之后，格蒂帶著妹妹來到60英里之外的州立醫院，并填寫了入院問卷。是否酗酒或吸毒？“否。”性格脾气？“道德性格佳。生性快樂。16年前喪偶——在巨大困苦中撫養了孩子。”精神失常的最初症狀？“疾病和過多的責任帶來的极度憂慮。” 露茜爾几天后探訪了母親，母親在精神病院的情景讓她難以接受。她哭著叫阿姨格蒂帶母親回家，但被告知已為時過晚。 入院后不過几個星期，貝莉就去世了，終年45歲。 几天后，當鮑林在慕尼黑的家中招待几位朋友時，從妹妹的來信中得知了這一噩耗。他從先前格蒂阿姨寫來的一封他記得是“愚蠢、蠻橫和莫名其妙的來信”中——格蒂阿姨要他盡量彌補自己對母親未盡的責任——已經對母親病情惡化的狀況略知一二，但是她的死訊仍然給了他巨大的打擊。他難以自禁，在朋友面前失聲痛哭，愛娃竭力地勸慰他。 母親死后，多年來在孩子們心中積聚起來的愧疚和憂慮終于爆發了出來。几天之后，妹妹波琳給哥哥寫來一封充滿責備的信，歷數他小气吝嗇、不肯盡孝的种种劣行，還指責他甚至不肯給自己的太太買些像樣的衣服。鮑林慎重理智地寫了封回信，說明他對母親最后的健康狀況毫不知情，還列出了他寄給母親的錢以及他為照料母親作的种种安排。不過，在給露茜爾的信中，鮑林流露出了些許真情。“也許你沒有意識到你一直向我隱瞞真情。波琳在信中說出那些惡毒的話語，我自然對她不可能有以前的那种感情了。她的話除了一句之外都是惡意的誹謗。唯一正确的一句話是，愛娃确實沒有像波琳有那么多漂亮衣服，因為在服裝上愛娃一年的開銷大概只相當于波琳一個月的開銷。我倆借錢供波琳在科瓦利斯讀了毫無結果的一年書，借錢給媽媽治病，我們只有省吃儉用才能還清這筆錢的利息和本金……我已經習慣被誹謗了，我知道人們總會相信格蒂阿姨的胡言亂語；但是我不希望你對我產生誤解……” 鮑林無法赶回家出席葬禮，在世界的另一頭也實在無能為力。鮑林在貝莉剛去世的時候給露茜爾的一封信中寫道：“我有許多美好的愿望，希望有朝一日能夠略盡孝心，但是現在為時已晚。” 一表人才 鮑林在悲傷之余摻雜著一絲卸下重負的感覺。他与母親從來缺乏很深的理解和愛；他与貝莉的關系主要是建筑在子女的責任和愧疚上。這塊石頭現在終于被搬走了。8月初，鮑林和愛娃啟程赴瑞士和法國度假，這是他們早就計划好了的。一路上他做了一些工作，但更多的是休閒。秋天回到慕尼黑的時候，鮑林惹人注目地穿了一身定做的西裝，帶了一條蘇格蘭羊毛圍巾。愛娃寫道：“他看上去十分迷人，特別當他提著意大利手杖的時候。” 鮑林在學術上也是一表人才。一些歐洲人總以為來歐洲求學的美國學生會不知所措，缺乏教養，但是20年代一些出色的科學家，包括約翰·斯萊特、愛德華·康頓、哈羅德·尤里、卡爾·康普頓（后來成為麻省理工學院院長）和鮑林改變了這种印象。鮑林對當地語言的掌握讓他足以應付日常事務，而且在不斷進步——到德國几個月后他就能用還過得去的德語作報告了——同時他非常努力地學習新物理。生于德國的物理學家漢斯·貝特是1927年在索末菲處完成博士學習的，他記得，与一般美國人相比，鮑林“顯然与眾不同。人們都認為他學識淵博”。鮑林身材頎長，態度友好，又充滿激情，十分符合歐洲人心目中的美國西部人形象，可以說是科學界的牛仔。德國科學家赫爾曼·馬克在慕尼黑碰到過鮑林，他當時對鮑林的印象是，“一個瘦長的年輕人，見多識廣，講課十分精彩。” 鮑林在慕尼黑的第一個學期听了索末菲上的微分方程，這是解決原子問題十分重要的一种數學工具。在听講過程中，鮑林開始吸取索末菲推崇備至的可以用來揭示原子秘密的數學方法。院長采取了一种實際、靈活的數學風格，找到能夠反映和揭示現實世界實驗結果的數學公式——實用的數學模型——比純粹形式上的嚴密更為重要。他并不怎么在乎內在一致性；他玩弄了一些數學技巧。他不是簡單地傳授舊知識或是對問題提出某种解決辦法，而是指出現存理論的漏洞，并提供給學生一個數學工具箱以創造新的理論模型。對日新月异的量子物理而言，這不失為一种理想的方法。這特別适合鮑林的口味，因為他對數學的運用原則也是實用优先于嚴密。 盡管如此，鮑林的高超數學技巧仍足以确立他這個美國神童的聲譽。1926年夏末的一天，他帶著一個問題走進了索末菲的辦公室。這個問題關系到索末菲的一個助手，編外講師格雷戈爾·文策爾。他几年前在索末菲指導下獲得了博士學位，在此之后的理論工作确立了他物理界新星的地位。鮑林在尋找有關多電子原子的量子力學論文的時候，發現了文策爾的一篇文章。他閱讀了這篇題為“自族電子理論的困境”的論文，發現問題不是出在電子的自旋上，而是出在文策爾的數學上。在計算中，這位編外講師犯了一個錯誤。鮑林說：“如果你計算正确的話，難題就會消失。”鮑林重新對文策爾的公式進行了計算，得出了与實驗十分接近的結果。索末菲把鮑林的計算拿給文策爾看，最后大家一致同意這位美國人是正确的。鮑林用生硬的德語就他的改正寫了一篇小論文；索末菲把它扔到一邊。他叫鮑林用英語重寫，然后讓一名助手把文章翻譯成德語，發表在《物理學雜志》上。這篇論文的發表標志著鮑林運用量子力學的轉折點：現在他已經從新物理中找到了一种适合自己的工具，這种工具可以幫助他解釋原子的性質。這件事也標志著他与索末菲之間關系的一個轉折點：索末菲意識到這個美國青年人是值得認真看待的。 1926秋天新學期開始時，鮑林听了索末菲關于波動力學的第一門正式課程——歷史上首次關于這一課題的一學期課程——在課上，索末菲系統地解釋了薛定諤關于原子波動圖像的強有力的數學模型。在首次推出新內容的時候，索末菲經常是和學生們一起學習的。他后來回憶說：“萊納斯·鮑林听了我有關這一理論的最早的課程，他從中和我學到了同樣多的東西。” 鮑林面前開始展現出波動力學的一個全新的世界。玻爾—索末菲原子的一大缺陷是它只能夠預測最簡單的原子的光譜；它不能用來解釋原子別的一些特性，如順磁性、极性、三維构造和化學鍵。新量子力學最初的應用主要也是預測十分簡單的原子的光譜。在這一層次上，新的体系很快就取得了成功，這樣一些青年學者，其中包括鮑林，急切地希望把這一技巧運用到較為复雜的原子和更為多變的化學性質上去。 問題是，盡管薛定諤的波動方程在計算一個電子圍繞一個原子核運動的能級時，相對來說很簡單，然而每增加一個元素都要單獨作計算，還要計算它對別的元素的影響。精确的數學解很快就變得不可能了。然而，鮑林運用了在改正文策爾的論文和計算屏蔽常數時學會的技巧，從而簡化了運算。他只是把注意力集中在最外層的電子上。這樣鮑林就可以運用波動力學來計算光線的折射、抗磁性和較為复雜的大原子的尺寸——這是波動力學第一次被運用到這些問題上，實為這一領域中開創性的一步。 12月底，鮑林在住所的一架老式德文打字机上敲出了一篇長篇論文的草稿，這樣可以免掉慕尼黑打字杜對于英文稿件的雙重收費。愛娃一邊听，一邊等，還不時從鮑林背后探過頭去。“你肯定這條曲線畫得對嗎？”她指著一個鮑林用來注釋論文的圖例問道。“我當然肯定，我自己畫的。”鮑林回答說。然后，他又仔細瞧了一眼，想了一會儿，作了修改。 最后，論文可以交給索末菲了。院長十分滿意。他利用自己倫敦皇家學會外籍院士的身份，提交論文“多電子原子和离子物理性質的理論預測”在學會的《公報》上發表。在序言中，索末菲寫道：“我深信，這些原子結构的基本問題從沒有人如此徹底和完整地解決過。” 鮑林也知道自己寫了一篇好論文，并准備把自己的屏蔽常數思想更加深入下去。他在給諾伊斯的信中寫道：“我相信，這項工作相當重要。這一方法可能的推廣和運用机會無窮；比如說。我現在正在研究晶体中离子的大小和不同類型晶体的生成問題。” 把新的量子力學工具重新運用到晶体研究中去，鮑林完成了他研究興趣中一個重要的輪回。在加州理工學院，他對Ｘ射線衍射只能解決最簡單的晶体結构問題感到十分沮喪。為了克服這一局限，布拉格和其他晶体學家在對簡單晶体做了大量工作的基礎上，一直在致力于建立离子——帶電原子，如精制食鹽中的鈉原子和氯原子——大小的表。他們希望通過這些表可以發現一些通用的規則和結构，并由此來解決難以直接計算的复雜晶体的結果。只要有人能夠找到一套實用的規則，就有可能解決成百上千种較為复雜的晶体結构。 運用量子力學和在修改文策爾論文時學會的技巧，鮑林現在能夠換一個角度來解決這一問題了。在完成給皇家學會的那篇論文之后的几個星期里，鮑林又寫出了另一篇重要論文。他寫道，离子的大小是由其最外層的電子決定的；而外層電子的行為在很大程度上是由內層電子把它們從原子核隔開的程度決定的。晶体中离子間的距离受兩個帶正電的原子核相互排斥的影響，而這又受電子屏蔽的影響。運用新的屏蔽常數，鮑林現在可以在量子力學的基礎上牢固地建立起一個离子大小的表，而且他運用自己确定的那些數值開始构造決定原子結构的一套一般性規則。 這兩篇發表于1927年年初的論文确立了鮑林的國際地位，并指出了未來研究的方向。在兩篇論文中，他都采用了半經驗的方法：先計算出理論值，与實驗數据作比較，然后修改理論以更接近現實。遵循索末菲的教誨，同時也出于自己的稟性，鮑林采用了一切可以運用的理論——給皇家學會的論文包括了經典理論、老的量子理論的成分和新的量子力學理論。更為重要的是，他把兩种強大的科學工具結合了起來，Ｘ射線晶体學和波動理論，并讓兩者互相檢驗。“我認為這十分有趣，你可以通過Ｘ射線晶体學看見薛定諤波動力學的函數，”鮑林在給諾伊斯的信中寫道。“應該在實驗中繼續這一工作。我相信從中可以得到有關化學鍵本質的大量知識。” 海特勒和倫敦 在化學鍵這一問題上，鮑林沒有取得多大進展。他希望在歐洲多呆一些時間，所以在那年冬天申請把他的古根海姆獎學金延長六個月，以進一步研究“從薛定諤波動力學得到的原子模型，特別是運用這一模型來解釋分子和晶体中的化學鍵問題”。他計划2月中旬离開慕尼黑，到哥廷根隨玻恩學習兩個星期，到柏林學習晶体結构技巧，在哥本哈根玻爾處學習六個星期，到蘇黎世參加薛定諤為期三個月的夏季研討班，最后在9月回國途中順道訪問一下英格蘭的布拉格父子。在隨鮑林延期申請一同寄去的附信中，索東菲寫道：“我的同事和我一致認為，他是一位不同尋常、興趣廣泛、成就卓著的科學家。完全有理由對他抱有最大的期望。”鮑林的請求得到了批准。 鮑林回到美國之后的安排仍是一個懸而未決的問題。1926年圣誕節剛過，他寫信給諾伊斯：“我突然意識到，加州理工學院和其他大學很快就要對明年的教職安排作出計划了；也就是說，關于我的職位和薪水的最終安排也要很快落實。至今為止，我還沒有收到任何一所學校的邀請，因此我認為，也确信，我將回到理工學院。”一周后，他寫信給路易斯，暗示如果待遇合适的話，他有可能到伯克利去：“到目前為止，我尚未确定明年的去向；但是我已經答應諾伊斯博士明年我會回理工學院，除非有人給我更好的待遇（我還不清楚理工學院將給我的待遇）。”過了好几個月路易斯才回信：“我原本希望在我們的物理系給你安排一個位置，但是至少今年的計划已經定了。不管怎樣，如果你不回到諾伊斯博士身邊的話，恐怕他會十分失望的。” 路易斯提出物理系是相當符合邏輯的。鮑林如此痴迷于理論物理，他還算不算是一個化學家呢？在慕尼黑將近一年的時間里，他從沒有去過慕尼黑大學的物理化學研究院，而且除了和化學系主任卡西米爾·法揚閒聊過几回外，他同化學系的教師也沒有任何往來。他所有的交際和研究都是在理論物理領域。 但是他自身的稟賦和技能促使他又回到了化學領域。在俄勒岡農學院和加州理工學院，鮑林毋庸置疑是反映最快、最优秀的學生之一。然而在歐洲，他發現自己在一群年齡与自己相仿的杰出年輕人中（包括泡利、海森伯、狄拉克和約爾丹）還是默默無聞的人物。“我在1926年到歐洲時相當震惊，因為我發現我周圍的許多人都比我聰明，”他回憶說，特別提到了海森伯、泡利和貝特。他也開始意識到自己數學能力的不足。盡管在運用他的半經驗方法來解決化學問題時，他的數學已綽綽有余，但是离數學物理的嚴格要求還差一些。 另一方面，“我覺得我知道的一些東西——關于化學的丰富知識——別人并不掌握，”他說。在慕尼黑學習一年后，他寫信給諾伊斯：“大多數人認為我在研究原子和分子性質上的工作應該歸入物理，但是我覺得盡管現在的化學研究已經需要運用相當多的數學知識，化學研究仍屬于化學的范疇。這一問題不僅具有學術上的价值，因為對這一問題的答案決定了我是一個物理學家還是一個化學家。”對于他自己的工作，他寫道：“照一般的認識，你很難把我的工作歸入物理化學；也許稱其為分子化學更恰當。” 以前從未有過“分子化學家”一說。鮑林似乎在暗示，他開創了一個屬于自己的天地。不過，名稱對于諾伊斯來說無所謂；他需要鮑林。物理學家希望發現原子現實下蘊藏的規律；鮑林希望運用這些規律使化學更具有理性，体系更嚴謹。先前驅動奧斯特瓦爾德和諾伊斯的正是同樣的夢想：被物理學光芒照亮的化學。只不過現在的物理學發生了翻天覆地的變化。而鮑林將把這新的火炬帶回來。 1927年春末，諾伊斯寫信給鮑林，給了他一個加州理工學院的教職。名稱相當出奇，反映了他的雙重興趣：理論化學和數學物理助理教授。 鮑林在獲悉他的古根海姆獎學金得到延期后的几星期，就和愛娃一起來到了哥本哈根的尼爾斯·玻爾研究院。這里是量子革命的中心，已經帶上了傳奇的色彩。人們談論著彌漫在玻爾研究院里的哥本哈根精神：一种互助、協作和友誼的精神。人們進行著無休止的討論，對任何一种新的物理思想無不究其窮盡。鮑林從一個同事那儿听說過，玻爾研究院听課不用作任何安排，所以他沒有收到正式邀請就去了。這位同事看來是提了一個糟糕的建議。鮑林發現几乎無法見到這位偉人；玻爾的大腦被更宏大的問題占据了。 1927年春夏之際，量子力學進入了一個新的階段。上一年年末，薛定諤和英國神童保羅·狄拉克著手彌補波動力學和矩陣力學之間的裂縫。他們的研究表明，這兩大体系在數學上是對等的，兩者為相同的問題給出了相同的答案。但是數學背后的物理現實是什么呢？在与玻爾進行了一次馬拉松式的會談后，薛定諤放棄了他原先提出的觀點，即他的波動方程描述的是實際存在的電子“云”。玻恩和其他一些科學家的研究顯示，他的方程式描述的不是實際的波，不是一個物理意義上的“現象”，而是一個統計學意義上的概率，即在一定區域找到一個電子的數學可能性。 薛定諤和海森伯的成功并不在于表述了原子，而是用數學捉住了原子，馴服了原子，這樣就可以預測原子的性態。這一預測的能力相當強大，而且至關重要。那些思想開放的物理學家在一瞬間就意識到了新的量子力學是成功的，在舊的体系一籌莫展的地方，新的量子力學指明了前進的方向。但是，海森伯和薛定諤仍將繼續就數學背后的現實進行爭論。 比如說，電子如何能同時既是波又是粒子呢？這仍是一個懸案。在對這一問題進行了數月的鑽研，在和薛定諤，特別是和海森伯進行了無數次精疲力盡的探討之后，玻爾斷定，兩种描述都是正确的。原子現實（至少）是兩面的：你發現的電子取決于你選擇觀察它的方式。波和粒子的描述都是正确的，都是必須的，兩者是互補的。鮑林在丹麥期間，這一种對量子物理進行修飾的“哥本哈根解釋”占据了玻爾大多數的時間。 這一解釋似乎是在回避問題。電子是什么？人們越來越清楚地認識到，沒有人能夠以一种可想見的方式來描述它。波粒兩重性以及量子躍遷是人們從未經歷過的現象；事物在原子層次的運動規律与在感官層次的運動規律似乎是截然不同的。在与玻爾進行了長時間的討論之后，海森伯會一個人長時間地散步和苦思冥想：自然界可能像在這些原子實驗中顯示的那么荒謬嗎？ 物理學現在逐漸与哲學合流了，而海森伯在1927年3月提出的“測不准原理”更加劇了這种傾向。在對其矩陣思想作了相當簡單的推廣之后，海森伯指出，一個觀測者無法同時知道一個電子的确切位置和速度。你能夠肯定的只不過是一個電子在某一區域的統計可能性，而無法保證它是否真的在那儿。他的思想在從本質上來說是基于實際經驗的：要想觀察電子，你一定得借助于一定的光能，但即使是最小的光束也會把電子撞到一邊，從而影響到觀察的結果。我們在觀察電子時永遠找不到其确定的位置。在原子水平，我們達到了觀察能力的极限。 這就對認識自然提出了一個更大的問題。如果海森伯所說的是真的，那么我們不光是達到了精确觀察的极限，而且在原子里我們原先認為的因果關系也不复存在：如果你只能夠說電子“可能”在附近，那么你就不能說電子肯定引發了什么。在此之前，物理學是建筑在決定論基礎上的。如果已知兩個台球的大小、速度和碰撞角度，那就可以預測碰撞后將會發生怎樣的情況。同樣，按照牛頓的經典物理學，宇宙中粒子的當前位置和速度，通過因果關系的推斷，就可決定每個粒子未來的位置和速度。未來扎根于現在。但是，海森伯的測不准原理說，你連一個電子的未來都無法預測，更不用說宇宙了。 海森伯把自己關于測不准原理的論文校樣稿給鮑林看，鮑林馬上意識到這一思想將會引發一場關于諸如命運等哲學問題的爭論。但是鮑林是一個實用主義者，他覺得這場爭論是毫無意義的。鮑林在后來一次接受訪問時指出：“即使這是一個經典的世界，我們也不可能靠實驗來确定宇宙中所有粒子的位置和動量。即使我們知道了這些數据，我們又如何來進行計算呢？我們對于一個涉及1020或者1010個粒子的系統尚且不能詳細地進行討論。我認為不管有沒有測不准原理，爭論命運和自由意志是毫無意義的。”對鮑林而言，任何与顯示世界中的實驗和觀察無涉的問題都是無足輕重的。如果沒有實際操作意義，“那不過是一個語言符號，”他說。作為結果，“我從未費神去參加有關量子力學意義的詳細和深入的探討。” 他對玻爾關注的大問題不感興趣，而在哥本哈根，他在化學鍵的計算上也沒有獲得多大的成功。1927年初，一位年輕的丹麥物理學家布勞發表了一篇論文，成功地將薛定諤波動方程式運用到了最簡單的分子上：氫分子离子，由一個電子維系的兩個原子核。布勞的結果顯示，電子的分布在兩個原子核中間最集中，在此電子對原子核的引力正好与原子核相互的斥力平衡。這是大門顯露的第一條縫隙，表明波動方程可以解決化學鍵問題。鮑林把布勞的理論又推進了一步，用來解決有兩個電子和兩個原子核的氫分子。但是他一無所獲。正如鮑林在關于离子大小的論文中所經歷的那樣，波動方程在表述單個原子的電子時已經相當复雜了。下一步的复雜程度是一個嚴峻的挑戰。你得考慮和計算兩個原子核之間的斥力，每一個電子對每一個原子核的引力，兩個電子的相互斥力；很快，數學表達式就复雜得難以求解。一定需要對分子形式作一定的簡化和假設。海森伯与狄拉克聯手也難以逾越這一難題。鮑林在哥本哈根期間也敗下陣來。 不過，鮑林与玻爾身邊如云的學者中的一位建立了很有价值的聯系：塞繆爾·戈爾德施密特，就是兩位發現電子自旋的科學家之一。他剛寫完自己的博士論文。同別人一樣，鮑林親切地稱他為“塞姆”。戈爾德施密特對用量子力學來解釋光譜的精細結构很感興趣，鮑林幫他進行了一些理論運算。不久鮑林就建議由他幫助把戈爾德施密特的博士論文譯成英文。 在哥本哈根過了几星期后，鮑林終于同戈爾德施密特一起被召進了玻爾的辦公室。玻爾听說他倆在一起進行運算，他讓兩人介紹一下工作的情況。兩個年輕人講話的時候，他冷漠地坐在那里，厚重的眼皮耷拉著，偶爾吐出一聲“嗯，嗯”。當他倆說完之后，他說了聲“很好”。他們被打發了出來。鮑林在哥本哈根呆了一個月，就見過玻爾這么一回。 在去蘇黎世訪問薛定諤的路上，鮑林夫婦在哥廷根的馬克思·玻恩研究院逗留了几日。這里是精密數學的王國，矩陣力學的搖籃，許許多多青年理論家的精神家園——海森伯、泡利、狄拉克和約爾丹都是二十几歲的青年——因而也是年輕小伙子的物理世界。它也像磁石一樣吸引了許多年輕的美國人；在這段時間里，獲得古根海姆科學獎學金的學者來到哥廷根的比到其他地方的都要多。鮑林遇到了量子革命的許多關鍵人物：迪拉克、海森伯、約爾丹，以及玻恩本人，盡管時間非常短。他也遇到了來自哈佛大學，身材瘦削、神態緊張的青年學者奧本海默１。他正在哥廷根攻讀博士學位，鮑林和他進行了長時間的討論。 １奧本海默（Julius Robert Oppenheimer，1904—1967），美國物理學家，曾任美國研制原子彈的“曼哈頓計划”實驗室主任，制成第一批原子彈，后任原子能委員會總顧問委員會主席，1949年因反對試驗氫彈被解職。 鮑林希望薛定諤會比玻爾容易接近些，但是他又一次失望了。在過去的一年中，波動力學在解決所有的問題時都顯示了強大的威力，每個人都想學習它。薛定諤被邀請在歐洲各地巡回演講，并在1927年春天游歷了美國，其中包括在加州理工學院所作的愉快停留。保羅·愛潑斯坦還安排他順道去了好萊塢和圣莫尼卡的海濱。盡管他在美國過得挺愉快，他仍然不喜歡美國人，認為他們不夠文明，貪得無厭，好管閒事。他說，自由女神就差在火炬下戴一只手表了，要是南加利福尼亞在以前留給了印第安人和西班牙人，那么情況將會比現在好得多。最糟糕的是，禁酒令使得到一杯啤酒或葡萄酒也變得极為困難了。就在鮑林抵達蘇黎世開始夏季學期的學習時，薛定諤得到了德國科學界最崇高的地位，接任由馬克思·普朗克空出的理論物理學會柏林分會主席一職。在39歲的時候，薛定諤在一夜之間成了科學界的超級巨星，而且他十分樂意扮演這一角色。這當然就給來訪的美國學者留出了极少的時間。 到8月份的時候，鮑林感到有些沮喪。他在給一位同事的信中寫道：“我很后悔在這里呆的將近兩個月時間，因為我無法和薛定諤建立起聯系。大約每周一次，我會在研討會上見到他。我努力地試圖弄清楚他在做些什么，而且由于他對我的工作沒有興趣，我主動提出對任何他感興趣的問題進行計算；但是無功而返……所以盡管在這里過了兩個月，我沒有關于物理學的任何最新進展的消息告訴你。” 但是，在化學界卻傳出了令人激動的消息。剛到蘇黎世，鮑林就得知兩個德國青年，瓦爾特·海特勒和弗里茲·倫敦，成功地將波動力學運用到氫分子的電子對化學鍵上。 鮑林和愛娃在慕尼黑時与海特勒和倫敦就相處得很好。在海特勒獲得博士學位的那天晚上，四個人在紐博斯餐館用香檳酒為他慶賀。那時他們就談到了化學鍵的問題，但是誰也無能為力。隨后，海特勒和倫敦來到瑞士跟隨薛定諤攻讀博士后，并在几個月后取得了突破。 鮑林來到蘇黎世后拜訪了他倆，雙方展開了熱烈的討論。他得知海特勒和倫敦成功的關鍵在于采用了一年前海森伯提出的一個觀點，他稱之為電子交換，或是“共振”。基本思想是，在适當的情況下，電子會很快地交換相互的位置；海森伯用這一思想來解釋氨的一些非常奇怪的光譜線。海特勒和倫敦對這一概念作了一些修改來解釋化學鍵：他們想象兩個帶有自己電子的相同的氫原子互相接近。當它們靠近時，一個電子越來越被另一個原子的原子核所吸引。在某一點上，一個電子會跳向另一個原子，隨后電子交換就以每秒數十億次的頻率發生了。在一定意義上，我們無法确認某一個電子是某一個原子核的。海特勒和倫敦發現，正是這种電子交換產生了把兩個原子聯結在一起的能量。他們的計算表明，電子密度在兩個原子核之間最大，這樣就降低了兩個帶正電的原子核之間的靜電斥力。在某一點上，正電之間的斥力正好与電子交換的能量相平衡，這樣就建立了一定長度的化學鍵。 電子交換在化學里是個全新的概念——在海森伯之前物理學中還沒有類似的東西——但是它看來很管用。基于這一体系的計算值与氫分子的几個技術常數的實驗值大致上相等，而且海特勒一倫敦模型在別的方面也成立。泡利的不相容原理提出，兩個原子只有在自旋方向相反時才能在同一軌道上共存，而海特勒和倫敦發現他們的化學鍵如果要在氫分子中存在，以上狀態是必要的。成對電子形成了原子間的粘合劑：這就是路易斯的共用電子對化學鍵，現在被賦予了牢固的量子力學基礎和數學解釋。新物理學又一次指明了一种奇怪的新現實。 鮑林對海特勒和倫敦的成果感到非常振奮，他在蘇黎世的大部分時間里都在試圖推廣他們的概念。他与海特勒和倫敦進行了大量的討論，不過在計算方面，一般都是他獨立完成的。那段時間他沒有寫一篇論文。但是在9月1日啟程返回美國的時候，他已經決定運用海特勒和倫敦對于化學鍵的共振解釋來解決所有的化學結构問題。這將成為他今后十年工作的基礎。 ------------------ 亦凡公益圖書館掃校(shuku.net) |
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