有关理论物理的“哥本哈根”谜题

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一个有道义和良知的理论物理学家，能否从事军用原子能的实验研究，或者更直接地说该不该参与制造原子弹？这是当代经典戏剧作品《哥本哈根》里，学生海森堡向老师玻尔提出的问题。尽管二战已经结束了半个世纪，然而在1998年由英国剧作家迈克尔·弗雷恩执笔的剧作里，这个问题还是被主人公一遍又一遍地追问着。
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戏剧作品《哥本哈根》取材于真实历史事件，1941年，也就是纳粹德国占领丹麦后的第二年，德国物理学家、诺贝尔物理学奖获得者沃纳•海森堡（Werner Karl Heisenberg）前往哥本哈根参加学术会议，但其此行的真实目的其实是要拜望前辈——丹麦物理学家、诺贝尔物理学奖获得者尼尔斯•玻尔（Niels Henrik David Bohr）。如今，两者的名字永远都会和量子力学联系在一起。那么，在当时纳粹德国已经全面占领丹麦的情况下，一个来自占领国，另一位则来自被占领国的科学家，他们能谈些什么呢？

尼尔斯·玻尔（左）、沃纳·海森堡（中）、沃尔夫冈·泡利，三人在上世纪20年代成为致力于量子力学理论研究的“哥本哈根学派”的核心人物
现实中的1941年秋天，玻尔与海森堡的确是在纳粹的眼皮底下有过一次秘密会谈，或许就是要避开房间内的监听，对话选择在了户外进行。谈话之后，师生二人不欢而散、他们的友谊宣告终结。至于那段对话的具体内容并无第三人知晓，二人在事后也一直讳莫如深、语焉不详。也因此，那段时间不长的谈话成为历史的盲区，最后演变为科学史上的一道谜题。

历史的谜题
早在1939年初，德国化学家O.哈恩和物理化学家F.斯特拉斯曼发表了铀原子核裂变现象的论文。几个星期内，许多国家的科学家验证了这一发现。而到1941年二战格局风云变幻，就在那一年，德国违背盟约入侵苏联；同年12月，珍珠港事件爆发。在政治和战争的阴云下，德国、英国及美国的科学家已经意识到核能开发可应用于军事目的，因此德国与美国相继启动了原子弹的研究计划。在此背景下，海森堡被纳粹德国委以重任，负责领导原子弹的研究工作。
在这样紧要的关头，海森堡为什么会想到要回到哥本哈根——这个自己曾经跟玻尔共同工作过的地方，去和老师见面呢？根据后来公布的海森堡写给同行的一封信我们得知，他是借一次德国人安排的天体物理会议参会之机前往的，而这次丹麦之行也是早在一年半之前就“预谋”好的。
海森堡的学生魏茨泽克在接受德国媒体采访时说：海森堡此行的目的主要是为了玻尔的安全，海森堡只想知道，他的老师是否需要在他帮助下离开哥本哈根，或者说，他至少能让德国驻丹麦机构为玻尔提供方便。当然，这只能是魏茨泽克个人的说法，毕竟海森堡本人的深意已无法确知。即或海森堡有此考虑，这也不是“哥本哈根会见”之谜最引人入胜的部分。

海森堡与玻尔
真正的谜团还在于那段十几分钟的谈话内容，究竟都谈到了什么？根据来自各方面的推测，当时海森堡一定谈到了原子弹的研制。尽管在当时，玻尔并没有参与（事实上作为一个沦陷国的科学家也不可能有机会参与）原子弹的研究，但在后来的1944年，他还是参加了在奥本海默领导下的美国研制原子弹的“曼哈顿计划”。其实，这也是当时时代背景下一个绕不开的话题。

几种假设
假定在与玻尔的谈话中，海森堡提到了原子弹的研制，那么根据海森堡本人的陈述，结合当时他的处境、性格分析，对话有可能出现如下情形：
1. 他认为“第三帝国”在欧洲必胜无疑，跑去告诫玻尔不要对纳粹政府采取不合作的态度。
2. 他想探听盟国原子弹研究的进展，因为玻尔跟英国科学家往来密切。
3. 他试图邀请玻尔，加入到德国原子弹的研究计划中。
4. 海森堡暗示玻尔让他注意德国已经实施了原子弹计划。
5. 作为一个有道义良知的科学家，他感到研制原子弹这件杀人武器是罪孽之举，他是跑去求得老师的原谅和慰藉。
6. 他想请玻尔帮助协调，让在各国参与原子弹研究的同仁一起终止研究。
有关当时谈话的内容，玻尔倒是曾经明确地提到，他清楚地记得当年的每一句谈话，并且他和妻子玛格丽特都对谈话印象深刻：海森堡和魏茨泽克努力地试图说服玻尔他们，德国的最终胜利不可避免，因此采取不合作态度是不明智的。并且，玻尔夫人玛格丽特再次看到海森堡和魏茨泽克时，愤怒地对旁人说：“不管别人怎么说，那不是一次友好的访问！”当然，这是玻尔夫妇的说辞。

玻尔与妻子玛格丽特
在《哥本哈根》一剧中，编剧弗雷恩针对各种猜测和可能尽量做了全面呈现和深刻的逻辑推演，不过最终作品更倾向于上述的最后一种可能，即海森堡想通过玻尔联系盟国的科学家，大家一起“停下来”，放弃研制原子弹这种毁灭性杀人武器，以此闪现人性的光芒。
可是，艺术毕竟只是艺术。显然，这种说法并不能得到许多人的认同，玻尔就因为容克的著作《比一千颗太阳还要明亮》，支持海森堡的“自我辩护”的观点而感到愤怒，认为海森堡完全是在混淆是非。
或许，《哥本哈根》一剧中海森堡那高贵的灵魂只是作者在凡俗世界中寄托的美好愿望罢了。

有意为之还是惊天“乌龙”？
海森堡在物理学上的贡献尽人皆知。在美国学者麦克•哈特所著的《影响人类历史进程的100名人排行榜》上，海森堡位列第43位。他于1925年创立起了矩阵力学，并提出不确定性原理及矩阵理论，对于量子力学的建立功不可没。
但作为一位物理学的天才、担任纳粹政府原子弹计划的项目总负责人，他却在一个关键参数的计算上变得令人莫名其妙。
我们知道：当一个中子轰击容易分裂的铀235 原子核时，会使它裂成两半，同时放出更多的中子去进一步轰击别的原子核。这样就引起一连串的连锁反应，在每次分裂时都放出大量能量，便是通常说的“链式反应”。但只有铀235 是不稳定而容易裂变的，它的同位素铀238 则不是，所以必须提高铀235 的浓度才能引发可持续的反应，不然中子就都被铀238 吸收了。但天然铀中铀238 占了99%以上，因此要把那一点铀235分离出来，这在当时的技术条件来说是极其困难的。海森堡当时声称，分离出足够的铀235 需要大量的资源和人力物力，这项工作在战争期间是难以完成的。
不知出于何种情况，海森堡在对纳粹高层汇报时，将维持链式反应所需的铀235的最小量——也就是临界质量（critical mass），估算为了数吨——而不是事实上1945年美国投向广岛和长崎的那两枚核弹所需的“几公斤”。
尽管在战后，海森堡一再宣称自己完全清楚真正的临界质量的近似数值，瞒报数字是出于一位科学家坚守了科学道义和人类良知，但是仍然有专业人士相信，海森堡只是犯了一个令人啼笑皆非的、连一个普通物理系大学生都不会犯的低级失误：海森堡因没有把中子扩散率计算在内，把造原子弹所需的铀235的质量夸大了好几个数量级。
或许真相将被岁月永远尘封，历史书中只是记载下了是美国人首先制造出了可以瞬间毁灭一座城市的原子弹，而又真的把它们投向了日本；而德国人在海森堡的领导下，只是一直围绕着核能源利用进行反应堆的实验。

历史的评断

在《哥本哈根》一剧中，海森堡有这样一句台词：我在不断解释中度过了我生命的最后三十年。1949年当我去美国时，许多物理学家都不屑与我握手。那些造过原子弹的手，却不愿碰我的手！
“三十年的非议和责难，辩解中度过的人生最后三十年”，尽管如此历史似乎盖棺定论地认为，海森堡就是一名不折不扣的纳粹帮凶。
在历史学家的意见渐趋一致之时，科学界的态度倒反而倾向于对他抱以同情。莱斯大学的Duck和德克萨斯大学的Sudarshan说：“再伟大的人也只有10%的时候是伟大的……重要的是他们曾经做出过无与伦比的贡献。”
网络上流传着一篇详细论及事件来龙去脉的研究文章，作者分析道：“不管事实怎样也好，海森堡的真实形象也许就是一个普通人——毫无准备地被卷入战争岁月里去的普通德国人。他不是英雄，也不是恶棍，他对于纳粹的不认同态度有目共睹，他或许也只是身不由己地做着一切战争年代无可奈何的事情。”
无论海森堡是什么样的人，是智慧至极还是愚蠢透顶；他人生最后三十年是百口莫辩还是巧舌如簧，事实究竟为何或许随着他生命的逝去，变得越来越不那么重要。但《哥本哈根》中三个灵魂围绕科学伦理问题不断地追问，其现实意义将永远不朽。这样的话，我们宁愿选择相信海森堡作为一个高贵的生命而曾经在世间存在过。
《哥本哈根》台词赏析

海森堡：在2月一个寒风凛冽的夜晚，我独自在费莱德公园散步。夜深了，当我转进公园时，浓浓的夜色里只有我孑然一人。我开始设想，如果此时你在挪威的山巅架起一座射电望远镜来观测我，你会看到什么。你会看到我走在布莱格丹姆斯维基的街灯下，然后我消失在黑暗中，而当我走到室外乐池前的街灯下时，你又瞥见了我。这就是我们在云室中看到的，不是连贯的轨迹，而是一串闪现——穿行的电子与各种水蒸气分子的一连串碰撞……

玻尔：我们又将人置于宇宙的中心。有史以来，我们不断地发现自身被放逐。我们将自己流放至万物的边缘。首先我们将自己变成上帝不可知旨意的附属，渺小的众生匍匐在大教堂般的苍穹前。而当我们刚从文艺复兴中找回自我，当人刚刚成为倡导者们所宣称的万物之衡，我们又一次被自己竖起的理性产物推至一旁! 又侏儒般地仰望着物理学家们筑起的巍峨高耸的新大教堂---传统力学法则，它不管我们存在与否先我们之前,开永恒之起始，后我们之后，至永恒之终结。
玻尔：直到进入20世纪初叶，我们突然被迫又一次站立起来。从爱因斯坦开始。他指出，测量——整个科学存在所依赖的测量——并非是不偏不倚非人格化的举动，它是一项人类行为，受特定的时空观念及观测者个人观念的影响。因而，在20 世纪中叶的这3年中，我们在哥本哈根发现了宇宙中并无绝对准确的客观世界。世间万物只是一系列的近似存在，仅仅由我们同它相对关系的限度来决定，仅仅由人类的思维与理解来决定。

玛格丽特：当所有的眼睛都合上，甚至所有的鬼魂都离去，我们亲爱的世界还会剩下什么? 我们那已毁灭的、耻辱的而又亲爱的世界？
海森堡：但就在那时，就在最为珍贵的那时，它还在。费莱德公园的树林，加默廷根，比伯拉赫和明德尔海姆。我们的孩子，我们孩子的孩子。一切得以幸免，非常可能，正是由于哥本哈根那短暂的片刻，那永远无法定位及定义的事件，那万物本质上不确定性的终极内核。