收到爱因斯坦来信的时候,陈慕武正在实验室里和他的三个学生一起动手,仿制着那台从美国通用电器购买来的真空泵。
卢瑟福过完生日之后,在前一段时间密集提出了不少物理理论的陈慕武,终于把他的工作重心从理论放回到了实验上,着手开始研制电子显微镜。
虽然有专利证书在手,但是专利上只是写着寥寥的几句原理,实际动手操作之后,陈慕武才终于知道,在实验室里搞这么一台大家伙出来,是多么困难的一件事情。
电子源和电子透镜都是小事,关键是想要制作出一台放大倍数远高于光学显微镜的电子显微镜,对真空环境的要求也非常高。
和长度不足五十厘米的玻璃管,就能够完成一次电子衍射实验不同。
电子显微镜内的真空腔长度,最少也要在两米以上。
如果只凭借着之前那台通用电气的真空泵来抽取真空,那么效率实在是太低。
所以,制作电子显微镜的第一步,就是要试试看能不能把真空度提升的速度,再稍微加快一些。
虽然他之前一直抵触让奥本海默接触具体的实验,但又因为人手实在是不足,所以才死马当活马医,让奥本海默、赵忠尧和施汝为三个人都来实验室里帮忙。
赵忠尧和施汝为最终还是无惊无险地通过了入学考试,进入到剑桥大学三一学院,和陈慕武成为了校友。
之前他和使徒社里的玛格达连学院院长的公子拉姆塞搭上的关系,终究还是没用上。
如何降低电子显微镜真空腔内的真空度是一个问题,而如何让电子波在几次放大之后最终成像,又是另外一个问题。
上辈子陈慕武在实验室里用的电子显微镜,那都是通过CCD感光元件连接到电脑之后成的像,但显然现在这个年代里,想要搞出这两种东西来,很不现实。
所以陈慕武想的是,要么就像电子衍射实验那样,同样使用照相底片来成像。
或者就干脆使用荧光屏,让电子信号和屏上的荧光物质产生作用最终成像。
只是无论选择这两种办法里的哪一种,都不是十分便捷和高效,只能算是勉强使用。
陈慕武觉得自己当初未免太想当然了一些,认为既然掌握了原理,又有了大把资金,所以只需要花上一两个月,就能把电子显微镜给研制出来。
但是现在摆在众人面前的种种困难,直接击碎了他大脑里的想法。
陈慕武觉得,想要把这台电子显微镜给制作出来,至少也需要花上一年半载。
虽然这一进展停滞,让陈慕武有些低气压,但是奥本海默却始终保持着精神亢奋的状态。
他甚至还反过来给自己的老师打鸡血:“陈老师,我觉得不应该因为这么一点小小的挫折就感到气馁。
“据我所知,‘发明大王’爱迪生先生在最终发明出灯泡以前,进行了超过一千次的尝试,测试了无数种的材料和设计,最终才使用碳丝,成功制造出了第一颗电灯泡……”
为什么都已经穿越到了一百年之前,却还是能听到这么有毒的心灵鸡汤?
陈慕武有些哭笑不得,奥本海默这个人就不应该待在实验室里,而是应该送给企鹅出版社,让他去给那本杂志专门撰写各种心灵鸡汤,滋润一下现在这个年代里人们冷漠而干枯的心。
不过,奥本海默在实验室里的表现,算是让陈慕武有些惊讶,虽然他并不像两位中国同胞那么任劳任怨,但也有着很强大的执行力,而且没在实验室里搞破坏,弄出什么幺蛾子来。
可能当初布莱克特确实没读过奥本海默的使用说明书,把他发配去做大量简单重复的劳动而不是有创造力的实验,这才导致了他的心怀不满。
爱因斯坦的来信,是卡皮察从三一学院给陈慕武捎到卡文迪许实验室里来的。
“陈,又有你的信!”
“多谢了彼得,你今天怎么这么勤快?”
在陈慕武的记忆里,这应该是卡皮察给他带来的第一封信,在此之前都是布莱克特的工作。
“其实我也不想给你带,毕竟你每次都收到那么多的来信。只是我刚好看到了这封信的寄件人是爱因斯坦博士,怕耽误了你的事情,所以才给你带了过来。你快看看,这封信里写了什么?”
这封信的到来,尤其是卡皮察提到了爱因斯坦的名号,总算是暂时提振了一下实验室里有些低落的士气。
不论是中国来的赵忠尧和施汝为,还是从美国来的奥本海默,人人都知道爱因斯坦的大名,但却没人知道陈慕武和爱因斯坦之间的关系。
奥本海默虽然在一旁研究的真空泵,但他的余光,总会时不时的就瞥向陈慕武,十分好奇那一位全世界最知名的科学家,究竟会在信里给自己的老师写些什么。
“亲爱的陈:
“很久都没有给你写信,也没收到你的消息了。
“首先祝贺你在刚刚过去的巴黎奥运会上,取得了四块金牌的好成绩。
“现在我有些庆幸,当初在上海遇到了你,为物理学界发现了你这样一个人才。
“我想,如果当时我们没有在那场讲座上见面,可能物理学界就要失去一个天才,而你的国家会多了一个专门的游泳选手。”
读到这里,陈慕武觉得爱因斯坦有些自作多情。
虽然他的心中仍然十分尊敬并感激爱因斯坦,但如果说没有爱因斯坦就没有陈慕武的今天,他并不是很认可这件事。
即使没有爱因斯坦的访华讲学,但陈慕武仍然有其他途径,能参与到二十世纪二十年代的物理学变革当中来。
他完全可以北上清华学校,去考取一九二三年度的庚子留美赔款,然后和谢婉莹、梁实秋、吴文藻还有孙立人等人一起,在上海登上约克孙号蒸汽轮船,驶往太平洋对岸的美国留学。
如果不愿意去那个充满歧视的自由国度,只凭借陈家的财产,让陈慕武去德国留学也是不成问题。
只要他的手里紧紧攥着大洋或美金,不到万不得已的时候不兑换德国马克,那么他就能在德国舒舒服服地度过一个美好的1923年。
陈慕武不想在爱因斯坦这番恭维话上浪费太多时间,所以他继续读起了手里的这封信。
“我已经读过了你在这个夏天发表于《物理学年鉴》和英国《自然》期刊上的几篇有关微观世界运动规律的论文,说实话,你的这几篇论文令我很困惑。
“你在《关于量子力学》的这篇论文中指出,你在电子轨道这个问题上,和我提出相对论时,用到了同样的马赫哲学原理。
“但我想说的是,这两者之间,仍然有一些不同。我利用可观测性原理,否定的都是一些为了解释现实现象,而人为添加的概念,比如说以太、绝对时间、绝对空间和同时性。
“但是你在论文当中,提到因为不能观测,所以认为电子轨道不存在这个有些激进的观点,我实在是难以认同。
“马赫那种怀疑一切的哲学观点,不可能创造出什么有生命的东西,也许只能消灭有害的虫豸。
“就连他自己提出来‘因为原子不能观测到,所以原子并不存在’的观点,也已经被近年来汤姆孙爵士和卢瑟夫爵士的实验们所证实,这根本就是一种谬误。
“我必须劝告你的一点是,无论我们是否可以观察到,都存在着一种客观实在。对一个不依赖于人的观察的外间世界的信念,是一切科学的基础。
“至于为了解释波函数到底是什么,你提出来的概率波的这个解释,我认为这更是一种无稽之谈。
“物理学的最终目标就是发现严格确定的因果定律,电子不可能像你表述里的那样,既存在于这里又存在于那里,在同一时刻分布于整个空间之中。”
爱因斯坦能在信里写出这种话来,完全就是陈慕武预料之中的事情。
他的哲学观点,让他不再像年轻时那样激进,逐渐从一个物理学g命者,转换成了一位辩护者。
“坦白的说,我并不是一个坚定的无神论者,虽然我不相信一个会管理人间万事万物的人格化的上帝,但我始终认为,支配着宇宙的有待发现的优雅的定律,反映了一种神圣的设计。
“当我拿不准一个理论是否正确时,我就经常问我自己,如果我是上帝的话,我是否会以这种方式去设计世界?
“我想,善良的上帝应该不会创造出美妙而微妙的规则,来确定宇宙中发生的大部分事情,而把少许事情完全留给偶然性和概率。
“如果他真是这么做的话,我想我们就完全不必再费力寻找所谓的定律了。
“你提出来的量子力学固然令人赞叹,但我的大脑里始终有一种声音告诉我,那并不是真实的东西。你在理论里说了许多,但是一丁点儿也没有使我们更靠近‘老头子’的秘密。
“无论如何,我确信天堂里没有麻将,祂也不是在掷骰子。
“阿尔伯特·爱因斯坦于柏林”
千盼万盼,陈慕武终于在信的末尾找到了这句话。
原本会出现在给玻恩写的信中的名言,现在被他截胡到了自己手里。
陈慕武在心里打算,一定要好好收藏这封信,等以后把它捐到博物馆里,或者放到以他自己名字命名的博物馆里。
想要在量子力学上彻底说服爱因斯坦,是许多物理学家历经几十年时间,都没有完成的一件事情。
如果你试图以各种例子来说服他,那么得到的永远不会是认同,而是来自爱因斯坦的更激烈的反击。
所以陈慕武并不打算做这种无用功,去撞这栋名为爱因斯坦的南墙。
既然这个德国老头如此反对概率和偶然,那么不妨就让他的反对声音变得更大一些。
此刻正在实验室里研制的电子显微镜给他带来的灵感,所以陈慕武把打字纸装入打字机当中,噼里啪啦地给爱因斯坦敲起了回信。
“爱因斯坦先生,您好!
“您前几日的来信已收到,多谢您的祝贺,也同时谢谢您对我在物理学上取得的进展的关心。
“下面我将向您介绍我目前正在从事的工作……”
反正纸和墨带画的都不是自己的钱,所以陈慕武肆无忌惮地敲下了一大段废话,从他证明电子是一种波开始讲起,然后讲到了自己打算利用电子波比可见光波的波长更短这个特点,来制造出一款分辨率更高的显微镜来。
说完了电子显微镜,这封信才最终进入到了正题。
“博士,我之所以选用电子,而不是波长更短的电磁波,也就是我们所说的伽马射线来研制分辨率更高的显微镜,是因为目前的光学元件的材质远远达不到要求,会使伽马射线在折射过程中,产生很强烈的散射现象,最终不能聚焦,从而无法达到显微的要求。
“但假如有一天,我们人类真的能制造出高分辨率的伽马射线显微镜之后,或许那时候,我们就能观测到很多在可见光显微镜下观测不了的东西,比如说,一个电子的位置。
“伽马射线的波长越短,测量到的电子位置也就越精确。
“但是,此时就将面临着更为严峻的一个问题,伽马射线的波长和能量成反比,波长越短,能量也就越高,高能的伽马射线,必然会和电子发生名为‘陈散射’的碰撞,这就会导致电子就会突然接受到很大的动量。
“这也就是说,不能在精确确定电子位置的同时,得到一个电子的准确速度,此时电子的轨道仍然无法确定。”
“相反,如果想要尽量避免电子受到大的动量扰动,则就要使用能量尽可能低的光子去探测电子,但这样一来,又没办法精确测量电子的位置,同样不能确定电子的轨道。
“当然,人类能否制造出伽马射线的显微镜,还是一个未知数,上述所说的这个实验,也只不过是一个存在于大脑中的思维实验。
“但我想,这并不妨碍我们对这个实验,进行一个定性半定量的误差估计。
“根据能得到显微镜分辨本领的阿贝公式,假设入射光的波长为λ,电子对透镜系统半径的张角为θ,那么在电子位置上的观察误差为▽x~λ/sinθ。
“把位置误差和动量误差两者相乘,就可以得到ΔxΔp~h。
“这也就是说,不可能在精确测量电子位置的同时,也精确测量到电子的动量。我姑且把这种测不准的关系,命名为不确定性原理。
“如果把电子换成其他的一种微观粒子,我想这个不确定性原理依然会存在。
“时间有限,我只能在这封信里,以这样一个思想实验,向您简单介绍一下我的想法。
“另外还要说明的一点就是,身为一个中国人,我并不是上帝的信徒。
“但是,在这里,我却想告诉您另外一句话,在两千多年前,中国有一位大哲学家名叫孔夫子,他曾说过一句‘君子有三畏’,其中排在第一位的就是畏天命。
“无论是上帝也好,天命也罢,我想我们都不应该以一介凡人之躯,去告诉上帝,他究竟应该怎么做。”
“而关于这个不确定性原理的严格推导过程,我将把它整理成论文,并在日后发表于《物理学年鉴》或者《自然》期刊上,敬请您留意。
“至于这个原理究竟对还是不对,就请您多多指教。
“最后祝您工作顺利,身体健康,笑口常开。
“您的学生,陈慕武。”
陈慕武的这封信写得有多谦卑,他在信里提到的内容就有多劲爆。
不确定性原理,就在这封回信当中,第一次出现在了这个世界上。
当初那个哥廷根大学负责博士毕业实验考试的维恩教授,曾经因为海森堡回答不出光学系统的分辨率该如何计算,差点没能让这个自负的德国人获得博士学位。
但海森堡也因此因祸得福,他牢牢记住了分辨率该如何计算,并在某一天灵感迸发,从这个公式里,推导出了不确定性原理。
既然抛出了这个大杀器,陈慕武就不得不抓紧时间写一篇论文,在理论上来验证这个原理的正确性。
这是因为他在给爱因斯坦回信中抛出来的海森堡的这个思想实验,在信里唬唬人当然没什么问题,但只要仔细一思考,就能知道它其实并不严谨,仍然面临着许多困难。
首先就是在思想实验中,假定了电子在测量之前,拥有着确定的位置和动量,这本身就违反了不确定性原理,而且也没办法用实验来进行验证。
其次就是在这个实验中运用到的误差▽x计算方法,其实是一种统计平均的结果。
而这种统计平均,至少在此处是并不适用的。
虽然陈慕武有超前的知识储备,但被誉为拥有人类历史上最聪明大脑的爱因斯坦,当然也不是吃素的。
如果在信里给他留下这种把柄,而不去最终解决的话,那么这些漏洞就会成为爱因斯坦在反击时强有力的武器。
所以才刚在打字机的键盘上,敲下此封信上的最后一个标点符号,陈慕武就开始思考,该如何才能写好这篇论文。
他把最后一张打印纸从打字机上取下来,从头到尾把这封信通读一遍,确认里面没有拼写、语法和内容逻辑错误之后,才从办公桌里摸出来一枚信封,把信纸折叠好装了进去。
封好信封,陈慕武又在上面贴了两枚一便士和一枚半便士的邮票,打算等下班之后找个邮筒,把这封信投寄出去。
他一抬头,发现卡皮察仍然坐在自己实验室里的沙发上,丝毫没有离开的意思。
“你还有什么事情吗,彼得?”
“其实也没什么大事,只不过我还是第一次看到你一直说的中国同胞,就想让你给我介绍一下,顺便和他们打个招呼。”
这当然没问题,陈慕武立刻向三人互相介绍了彼此。
但在介绍时,他又发现了问题不太对,自己那封回信写了最少半个小时,他卡皮察就一直待在这里,显然不是想要介绍认识这么简单。
“彼得,你还有什么事,都直接说出来吧!”
被戳破心思的卡皮察没有丝毫害羞:“我还想请教一下赵先生和施先生,两位会不会做中国菜?自从乔治离开剑桥大学之后,我已经很久没有吃到东方的味道了。”
“去去去!他们千里迢迢来到英国,可不是来给你做菜的!你要是真想吃,找个机会我带你去伦敦。”
陈慕武连说带笑地把卡皮察给赶了出去,就知道他没安什么好心。
叶公超做做饭也就算了,但是这两位,可绝不能给你做饭吃!
而看到自己老师不但读完了爱因斯坦的这封信,甚至都已经给他写好了回信,奥本海默这才忍不住凑了过来。
半个多月时间的相处下来,奥本海默已经得知自己的这位老师,其实并不像第一次见面时那样严肃,而是很儒雅随和的一个人。
所以他现在才能大胆地开口问道:“陈老师,您和爱因斯坦教授也很熟悉吗?
“因为对爱因斯坦教授很好奇,所以我刚刚一直在悄悄观察您,发现您的表情时而轻松,时而又眉头紧锁,不知道发生了什么事情?”
实验室另一侧的赵忠尧和施汝为也悄悄竖起了耳朵。
“发生了什么事情?当然是他没读懂我最近写的几篇论文,所以才写信向我请教一些问题。
“我虽然在回信里已经给出了答案,但估计固执的他多半也不会认同我的观点。
“罗伯特,相比之下,还是你这个学生更让我省心一些。”
陈慕武靠着这种开玩笑的方式,说出来了一句实话。
奥本海默表面上带着笑,但他心里想的却是,自己这个老师确实儒雅随和不假,但唯一的缺点就是有的时候会吹牛吹过了头!
不过他刚才居然夸我比爱因斯坦还优秀,看来自己真的没有跟错导师,一定要在他的手下好好干下去。