韦德体育官方网站app下载中心 和爱因斯坦辩论的量子力学奠基者玻尔还是一个足球运动员

历届奥运会可以各有不同，但是掌控各项运动的基本规则却始终不变，那就是物理。实际上，很多物理学家也是体育狂。

在丹麦的哥本哈根，如今还能看到一幢房子上挂着木牌，其上写有“1885年，尼尔斯・玻尔诞生于此”的字样，吸引着不少游人到此打卡。而木牌上的主人公，又是什么来头呢？

尼尔斯・玻尔（全名：尼尔斯・亨利克・戴维・玻尔，丹麦文：Niels Henrik David Bohr，1885年10月7日——1962年11月18日）是名震世界的丹麦物理学家，原子物理学的奠基人，曾获诺贝尔物理学奖和富兰克林奖章等顶尖行业褒奖。同时，他也是一位卓越的科学研究工作领导者，其创立的哥本哈根理论物理研究所影响了大批杰出物理学家。甚至，他还是丹麦足坛始祖级守门员，在丹麦人气指数惊人。

1922年，丹麦主流报纸出现了标题名为《授予著名足球运动员尼尔斯・玻尔诺贝尔奖》。没错，守门员获得了诺贝尔奖。不仅如此，他还是量子力学的奠基人。

玻尔出生时，现代足球在丹麦还是个新事物，但是他父亲把这项运动介绍到了当地，并且建立了一个足球场，每次去的时候都会带上两个儿子：玻尔和哈那德。这导致玻尔从小就热爱足球，并且在年轻的时候参加了职业足球比赛。他曾担任AB哥本哈根足球俱乐部足球队的守门员，该队是20世纪初丹麦最著名的球队之一。后来成为数学家的弟弟哈那德甚至还作为丹麦国家足球队的一员参加了1908年的奥运会，并最终夺得了银牌。

尼尔斯・亨利克・戴维・玻尔

尼尔斯・玻尔从小热爱足球，并在哥本哈根大学足球俱乐部的明星守门员。据丹麦AB队史料记载，在一场AB队与德国特维达队的比赛中，德国人外围远射，玻尔却在门柱旁边思考一道数学难题。最终觉得做题比守门有意思的玻尔放弃了足球，选择进入哥本哈根大学主修物理学，不过在校期间也担任了大学足球校队的守门员。在他专注于专业研究时发现，足球和电子遵循完全不同的运动规律，那么大小就一定产生了影响。他于1908年，进入丹麦国家队成为哥哥的门将替补，获得奥运会银牌。

在接棒普朗克成为量子力学掌门人之后，发现自己的量子力学与爱因斯坦的相对论矛盾。1920年，两人第一次见面后，互相说明自己的理论后，两人争论得不可开交。随后的1927在第五届索尔维会议，两人争论得更加火药味十足。

玻尔出生于1885年10月7日，他在哥本哈根大学拿到了科学硕士和哲学博士的学位。1911年，他去了英国，转年慕名来到卢瑟福（Ernest Rutherford）在曼彻斯特的实验室，于是卢瑟福就成了他的新导师。

卢瑟福非常信任玻尔，他在卢瑟福的研究室时，情况是这样的。“先生，这些辐射是从原子的哪个部分发出来的？”新来的学生问。“去问玻尔！”“这个实验用的玻璃管哪能弄到？”助理问。“去问玻尔！”“您新买的小汽车——”“去问玻尔！”……

“玻尔和其他理论家有什么不同？”卢瑟福正色道：“那是当然的，玻尔可是个足球运动员！”

在这里，玻尔深入研究了卢瑟福的原子模型。他发现，虽然它能使物质性质的分类极大的简化：放射性辐射起源于原子核，化学性质取决于核外电子……可它不符合现实。

卢瑟福原子结构模型

卢瑟福原子结构模型又称“原子太阳系模型”。它认为原子的质量几乎全集中在直径很小的核心区域，这个区域被叫做原子核，带正电；而电子在原子核外绕核作轨道运动，带负电。这个模型如微型太阳系，带正电的原子核像太阳，带负电的电子像绕着太阳转的行星。

在这个小小的“太阳系”里，支配它们之间的作用力是电磁相互作用力。原子质量的绝大部分集中在一个很小的核心上。可带负电的电子绕核旋转时，它应当不断地辐射出能量，从而沿螺旋形急速地向原子核“陨落”。但如此一来，原子就会坍缩掉。如果世界由无数的原子组成，而每一个原子都在坍缩，那世界不也应该很快就垮掉吗？

那问题出在哪儿？玻尔为此冥思苦想了很久，写了几沓草稿纸。

好景不长，玻尔要回老家结婚了。临走前，他把自己的推想过程工整地写在纸上，黏成一个长卷，然后敲开了卢瑟福的门。玻尔不避讳地对卢瑟福的模型提出了批评，他认为现有对模型的解释是不完善的。经过计算，他发现只有一条轨道的原子不能拥有多于7个的电子，因为再多加一个，就会形成一个新的轨道。有趣的是，增加一条新轨道，就会增加一批新元素。

没想到老师没有为他的批评而恼火，反而鼓励他继续研究。于是，新婚燕尔的玻尔开始深入思考原子系统的稳定性。

既然原子只发出特定频率的光，这是不是意味着电子不能任意改变轨道，只能处于某些特定的轨道上？于是玻尔构造了一个这样的模型：一个带正电的核与一个以圆形轨道绕核运行、带负电的电子构成的原子。如此一来，唯一需要确定的参数就是轨道半径了。此时他发现，电子的电量e和质量m，必须和普朗克常数h结合起来，才可以推导出能长度量纲来。

所以要解释这种模型，必须引入量子概念！能量是一份一份辐射，而非连续辐射的，电子其实是被束缚在不同的“能级”上，能量的辐射或吸收其实是电子在不同的能级之间存在“跃迁”。玻尔在回忆录中写道：“只有量子假说是逃脱困境的唯一出路。”

1913年的3月、6月和9月，玻尔给卢瑟福寄去了论述原子和分子结构的三篇论文。玻尔这下子来了个大逆转，论文里提出的假设简直就是大逆不道——他在论文中提出了和经典理论完全违背的量子不连续性，但却成功地解释了氢原子和类氢原子的结构和性质。

现在回到玻尔的那个理想模型：一个带正电的核与一个以圆形轨道绕核运行、带负电的电子构成的原子。看起来是不是很熟悉？对，就是氢原子，结构最简单的原子。玻尔因此成功地解释了氢光谱，这一模型的使用，也使原子物理和光谱学结合在了一起。玻尔将“量子”这位王者从那扇多年前由马克斯・普朗克（Max Karl Ernst Ludwig Planck）打开的大门背后请了出来，让它带着人们进入了一个全新的世界。而玻尔也因此获得了1922年度诺贝尔物理学奖。

量子力学诞生后，以玻尔、海森堡和泡利为主的哥本哈根学派一直认为，量子力学本身已经是完备的理论，而爱因斯坦则一直批评它并不完备。1927年第五届索尔维会议上，双方的争论达到了顶峰。

爱因斯坦坚持认为，量子力学只能描述处于相同环境中为数众多而又彼此独立的粒子全体，而不能描述单个粒子的运动状态。因为单个粒子的运动状态必须是决定性的，而不能是统计几率性的。因此，现有的量子力学理论是不完备的。

尼尔斯・亨利克・戴维・玻尔

玻尔则坚持实证论：他认为量子世界是虚幻的、不真实的，只有对量子世界进行了测量之后的结果才是真实的。而现有的量子力学理论并没有问题，它恰好可以计算这个复杂的量子世界，并且符合实际。

每天，当大家在旅馆的餐厅用早餐时，辩论就开始了。爱因斯坦描述自己的思想实验，玻尔通常沉默地倾听；海森堡和泡利走在后面，跟着玻尔和爱因斯坦。在他们眼中，这两个神话般的物理学巨人，哲学态度却如此迥异，简直就是一种鲜明对比。常常到了傍晚，玻尔就会想到驳斥爱因斯坦的方法。

爱因斯坦听着，心里很不服气。但很多时候竟然无法反驳。终于在一次晚饭后，爱因斯坦愤怒的放下刀叉，忍无可忍的对着玻尔说了那句众所周知的格言：“上帝不掷骰子！”玻尔针锋相对：“但，不确定性也是自然的一部分。”

第五届会议上的交锋没有结果，转眼就到了1930年第六届索尔维会议。爱因斯坦有备而来，提出了科学史上著名的思想实验——“光子盒”，想论证测不准关系的核心公式不成立。没想到第二天，玻尔居然就用爱因斯坦广义相对论理论中的红移公式，推出了能量和时间遵循的测不准关系，漂亮地驳斥了他。

1933年第七届索尔维会议上，爱因斯坦没能出席。那时，战争破坏了物理学家的日常生活，他翻山跨海，到了大洋彼岸的普林斯顿。他仍没有放弃自己的观点，准备从更普遍、更原则的方面来论证现有形式下的量子力学对物理实在的描述是不完备的。

阿尔伯特・爱因斯坦

爱因斯坦找来鲍里斯・波多尔斯基（Boris Podolsky）和纳森・罗森（Nathan Rosen），一起撰写了一篇文章——《量子力学对于物理事实的描述是完备的吗？》。这篇文章于1935年发表在《物理评论》杂志上，并选取三人名字的首字母，署名为EPR论文。论文提出了理论完备性的必要条件：物理实在的每个要素都必须在物理理论中有它的对应。即，如果不对一个物理体系进行干扰，就能确定地预测一个物理量的值。还提出了一个思想实验，史称“EPR佯谬”。

玻尔看到老对手再次出招，深入思考之后，给《物理评论》寄去了论文。孩子气的玻尔竟然取了和爱因斯坦一样的题目——《量子力学对于物理事实的描述是完备的吗？》。他更详细地阐明了自己的“互补性观点”，反驳EPR的物理实在观，声称必须把复合体系看成单一的不可分离的整体，反驳了EPR佯谬的理想试验，并且对着大洋彼岸的爱因斯坦隔空喊话：你说量子力学对物理实在的描述是不完备的，不，我恰恰认定它是完备的。

实际上，此时的量子力学已经高速发展，渐渐拥有无人能撼动的地位。玻尔带着一代又一代新人们加入到这个潮流中来。

卢沟桥事变前夕的1937年初，尼尔斯・玻尔与夫人玛格丽特和儿子汉斯・玻尔访问中国。2月初，在美国的周培源受北京大学和清华大学的委托，邀请尼尔斯・玻尔访华。27日，国立清华大学吴有训致电玻尔（美国加州伯克利转），邀请他顺访北平，3月11日，吴有训再次致电玻尔，邀请他访问中国；3月27日，中央研究院、国立北平研究院、国立北京大学、国立清华大学、国立中央大学和中华教育文化基金会等的领导人蔡元培、李书华、蒋梦麟、梅贻琦、罗家伦、孙洪芬联合发出正式邀请信，请玻尔访华。4月10日，吴有训再次致函玻尔，邀请他访华。4月30日，玻尔给吴有训回信，告知将于5月20日到达上海，在中国逗留两三个星期。在中国讲演的题目是“原子核”和“原子物理中的因果性”。5月7日，玻尔又致函吴有训，信中说收到了浙江大学的邀请，所以想把杭州之行纳入他在中国的旅行日程之中。20日下午4时，玻尔偕夫人及儿子汉斯・玻尔乘客轮抵达上海，受到中央研究院物理研究所所长丁燮林及上海科学界人士欢迎，下榻花园饭店。21日上午10时，丁燮林陪同玻尔父子参观中央研究院物理研究所。下午到上海交通大学讲“原子核”。晚7时，丁燮林和化学研究所所长庄长恭在北四川路新亚酒楼联合宴请玻尔一家，物理研究所顾静徽女士（中国第一位女物理学博士）在座。22日上午10时，丁燮林、杨肇濂等陪同玻尔一家到上海市中心区参观。晚上，由中国物理学会、化学会及中国科学社设宴款待。23日，玻尔一家由浙江大学文理学院院长胡刚复陪同，于8：25乘火车赴杭州。12：30到达杭州，受到物理系主任张绍忠教授、何增禄、束星北、王淦昌等物理学家欢迎，下榻西泠饭店。下午游西湖。晚7时，竺可桢校长在大华饭店设宴招待。竺可桢因事未能出席，由一位哲学家（可能是郑晓沧）代表主持。24日上午9时，胡刚复、束星北、王淦昌、何增禄、张绍宗、梅光迪夫人陪同玻尔一家游览了西湖、灵隐寺、龙井、九溪十八涧、六和塔等地。下午5时，在浙大文理学院作了题为“原子核”的讲演，会议由竺可桢校长主持，胡刚复作简要介绍。晚7时半，浙江省政府主席朱家骅及夫人朱程佩芬在省府设宴款待玻尔一家。25日上午8时，玻尔一家乘火车去上海，何增禄、王淦昌、束星北陪送至长安站告别。晚12时，坐火车去南京；丁燮林到车站与玻尔告别。26日早晨到达南京，中央研究院秘书王毅候和国立中央大学周教授（可能是周同庆）到车站迎接。中央研究院院长蔡元培在5月24日就留下了一封欢迎信，说明因自己不在南京。在南京期间，玻尔在中央大学科学馆作了题为“原子核”的讲演，在中央大学讲了“原子物理中的因果性”，游览了明孝陵和中山陵，参观了中央研究院几个研究所，与国立中央大学校长罗家伦、中央研究院历史语言研究所赵元任等进行了交流，并访问了金陵女子学院。28日上午7时45分乘火车离开南京赴北平。29日下午1：55，玻尔一行到达北平前门车站，受到清华大学理学院院长吴有训、北京大学理学院院长饶毓泰、北平研究院院长李书华、中华教育文化基金会干事长孙洪芬等文化教育界人士欢迎，下榻北京饭店501房间。下午游了北海公园。30日上午9时，吴有训陪同玻尔一家游了天坛，午餐后陪他们游览了故宫。晚7时，国立清华大学、中华文化教育基金董事会、国立北平研究院、国立北京大学联合宴请玻尔一家，座设松公府北京大学教职员俱乐部。31日上午10时，北京大学饶毓泰陪同玻尔一家游览景山。下午3时，在北大理学院讲演厅作题为“原子核”的讲演。在讲演前，玻尔参观了北京大学物理实验室。讲演后与北京大学校长蒋梦麟夫妇以及中国的物理学家、数学家等合影。6月1日到6月6日，玻尔游览了故宫、颐和园、十三陵、长城等名胜古迹。在吴有训陪同下，参观了清华大学赵忠尧和霍秉权的实验室，在梅贻琦校长家中用餐。还参观了北平研究院、静生生物调查所、国立北平图书馆等机构，在北大理学院作有关“原子物理中的因果性”的讲演，与众多科学文化界人士曾昭抡、熊庆来、洪谦等进行了交流。6月7日上午10时，玻尔在北京大学作一次非正式讲演并参加讨论，之后玻尔一家被邀到北京大学校长蒋梦麟家中用午餐。晚上，乘火车去山海关，再转乘火车赴苏联。

1942年末，纳粹酝酿许久的核计划开启了关键步骤：造原子弹所需的重水已储备足够，他们要将其运到柏林。虽然盟军对此早有准备，却仍然没能及时阻止，德国很可能造出原子弹。第二年年初，身在哥本哈根的玻尔收到了一封写在微粒胶卷（间谍常用的保存密件方法）中的信——是英国科学家查德维克（J.Chadwick）写来的。信件措辞模糊，似乎在隐隐约约地暗示什么，在结尾邀请玻尔去英国。

尼尔斯・亨利克・戴维・玻尔

既然是如此简单的消息，为何这么大费周章？ 莫非是因为自己在研究的核反应理论？

玻尔此时还在哥本哈根研究所，他提出了一个“液滴模型”理论。这个理论很能解释重核裂变现象，因此经常与人谈论核裂变的问题。说者无心听者有意，纳粹的战争贩子们以各种方式妄图将玻尔的想法记下来。

虽然玻尔一直痛恨希特勒的行为，甚至同自己的弟弟哈拉德成立了一个“丹麦支援流亡知识分子委员会”来救助被迫害的流亡者们，并且宣扬和平。可他从未想过离开丹麦，于是婉言谢绝。

但到了当年的九月，迫于纳粹的监视和镇压，玻尔不得不开始了逃亡。他先逃到了瑞典，到那儿的第一件事就是去觐见瑞典国王古斯塔夫五世（Gustaf V of Sweden），希望他能对纳粹施压，让他们放过在丹麦的犹太人。可国王却表示，自己早已提出这一想法，却被纳粹“侮辱性地拒绝了”，玻尔根本不了解纳粹的残暴。

这番交流深深震撼了玻尔——他是一位科学家，政治不是他的专业，之前他也并不太关心。他只怀有和平主义的理念，甚至还对德国人抱有幻想。现在，事情很明了了，忍让不可能换来和平。眼下最可怕的危机却是——假若德国先造出了原子弹，那会发生什么？

玻尔脊背发凉。他终于做出了一个决定，和儿子一起去英国。“如果一定有人要优先制造出这可怕的武器的话，我宁可去帮助同盟国，让他们先得到它。”

这是1943年10月的斯德哥尔摩，夜色之下，玻尔跟着来接应自己的英国特务来到一座早已废弃的机场。这里没有指向灯，没有控制塔，夜色像巨幕一样覆盖着跑道。

蚊式轰炸机

这架蚊式飞机映入玻尔眼帘的时候，他着实被惊到了。

它刚结束一场从英国而来的长途飞行，螺旋桨还在扑扑转动，而机身竟然是普通的三合板做的。

玻尔笨拙地开了个玩笑：“你们确定这架飞机不会在飞行途中突然解体吗？”飞机将要飞越夜雾沉沉的英吉利海峡。玻尔戴上保护帽和面罩，像个粽子似的被绑在炸弹舱里。

蚊式飞机起飞了，夜间逃亡正式开始。

为了让敌人难于截击，飞行了一会儿后，飞机就不得不爬升到更高的高度，这时乘客必须使用氧气面罩才能维持呼吸。

飞行员用机内对讲系统告诉玻尔：“请立即戴上氧气面罩”。没有回应。“请尽快带上氧气面罩。”还是没有回答。

至少还要飞行两个小时，如果一直处于这样的高度，玻尔只有两个结局：窒息而死，或者冻死。但如果降低高度，即使玻尔缓过气来，飞机也可能被敌人的夜航战斗机击中。

蚊式轰炸机

那么，掉头？更不可能，那是自投罗网。向上向下，向前向后，仿佛都是死路。飞行员深吸了一口气，他知道这位神秘乘客的命就在自己的手中。孤注一掷，赌一把吧。

飞机开始下降。即使会被击中，也不能让乘客直接死在舱内。

飞机高度持续降低，最后几乎是贴着海面在全速飞行，大海翻涌不息，似乎时刻都想伸出浪舌将这架孤零零的飞机舔进黑暗里。

必须更换航线，沿着德国战斗机航程之外的航线飞！

终于撑到奥克尼群岛，飞行员打开敌我识别器。目的地就在前方，他试着又呼唤了一次“那位客人”，仍然没有回应……

这是爱丁堡附近的夜间战斗机基地，空旷、荒凉，似乎也被遗弃了。救护人员、机械师、军官，大家焦急地挤在一起等候着玻尔的飞机。可当它终于颠簸地停下，人们打开舱门时，却看到玻尔已经昏过去了。医生们敏捷地上前注射强心剂，给他输氧。大家才发现，原来在航行途中，玻尔的通话器插头掉了，所以他没听到飞行员的指示。

尼尔斯・亨利克・戴维・玻尔

幸运之神最终眷顾了玻尔，他很快就恢复了。不久，美国抛出橄榄枝，邀请玻尔和他的儿子奥格・玻尔（Aage Niels Bohr 核物理学家，后获得1975年诺贝尔奖）前去参与一个秘密计划。

临行前，玻尔父子拿到了新身份证——他们成了“尼克・贝克”大叔和年轻的“吉姆・贝克”。“贝克”父子将要参与的，是一项改变人类历史进程的巨大工程。

这是1944年的洛斯阿拉莫斯。这里，有提出了“康普顿效应”的康普顿（Arthur Holly Compton），有做了著名的“密立根实验”的密立根（Robert Andrews Millikan），有“傲慢”的奥本海默（J. Robert Oppenheimer），有即使在一众天才中也光芒四射的冯·诺依曼（John von Neumann），甚至还有吴健雄和钱学森……如果此时全球的智慧分布可以做成光谱地图，这里一定会被标红。

这些科学家们共同参与着一个被命名为“曼哈顿”的计划。那时候，如今鼎鼎大名的费曼（Richard Feynman）还是个小青年，他是如此评价玻尔到达洛斯阿拉莫斯时的情形的：“甚至在这些‘巨头’们看来，玻尔也是一尊伟大的神。”

玻尔一直使用化名，人称“尼克大叔”，但大家都知道计划的新参与者是谁。在那里，玻尔见到了许多老朋友，这其中很多是通过他的援助才逃离纳粹的犹太物理学家。

尼尔斯・亨利克・戴维・玻尔

但玻尔到美国的主要目的却不只是协助研制原子弹，他看得更远——是的，在制造“人间死神”，那么制造完成之后，该如何处理它？

1945年8月6日，核弹在广岛爆炸；几天后，日本宣布投降。正在所有人欢庆战争的结束时，玻尔却怀着复杂的心情重新开始审视这一切。

他在《泰晤士报》发表了一篇名为《科学与文明》的文章：“通过原子的分裂释放巨大的能量，这意昧着人类力量的真正革命。这种可能性的实现，在每个人的心目中都不能不唤起这样一个问题：自然科学正在把文明引向何处……很明显，如果人类社会对这种紧张形势不自行调整的话，人类已能够获得的这种可怕的破坏力，有可能变成致命的威胁。面对这种新的破坏力，没有什么东西能抵挡得住。因此，出路只有一条，就是全世界一致合作，阻止任何一种不把这种新力用于为全人类服务的作法。”

1950 年，玻尔发表了致联合国公开信，呼吁建立一个“开放的世界”。他希望能达成一个“均等地威胁着所有国家的核武器存在，永不使用核武器”的普遍协议。1955年的日内瓦和平利用原子能国际会议上，玻尔希望科学和科学家能在促进相互交流和理解方面起带头作用，希望科学的发展能够增进世界人民的福利。他的整个后半生都致力于国际合作及和平利用原子能的事业：“如果原子能掌握在世界上爱好和平的国家手中，这种能量就会保障世界的持久和平；如果它被滥用，就会导致文明的毁灭。”从此，对人类命运的关切和对科学与人之间关系的深思，占据了玻尔的整个晚年。

他预见到了，所以他无法坐视不管。当权者们顾及的当然是眼前的利益、党派和民族的立场；而像玻尔这样的科学家看重的，是全人类的未来、普遍真理与宇宙和谐。

尼尔斯・亨利克・戴维・玻尔

花落花开，花开花落，少年子弟江湖老，玻尔度过了波澜壮阔的一生。他经历了事业的辉煌，战争阴云的裹挟……如今，历尽千帆，他只是一个安详的老人。

那是1962年的11月17号，他像往常一样，长久地凝视着他房间黑板上画的一个盒子——当年爱因斯坦曾画过的用来解释自己的光子盒理论。那是他们争辩的产物，是他们曾向着心智征服的明证。

念念不忘，必有回响。第二天，玻尔在自己的家中去世。

他活了77岁，几乎见证了量子力学的整个发展史。他的很多学说如今已被取代，但他在其中起到的承上启下的作用无人能比。这位曾经的丹麦门将，也许仍会在天堂的门柱上计算公式吧！