提起物理学最辉煌的年代,人们都会想起那张群星云集的华丽照片。1927年,第五届索尔维会议在比利时布鲁塞尔召开。包括爱因斯坦、波尔、薛定谔、居里夫人在内的诸多学界精英都参加了大会,留下了物理学界最经典的记忆。可想而知,索尔维会议对现代科学起到了怎样的作用。百余年来,它一直在延续。让我们透过这扇窗口,触摸物理学界的脉搏。
索尔维国际物理学化学研究会是由比利时企业家欧内斯特·索尔维于1912年在布鲁塞尔创办的一个学会。此前一年他通过邀请方式举办了第一届国际物理学会议,即第一次索尔维会议。在此次成功之后,研究会继续负责邀请世界著名的物理学家和化学家对前沿问题进行讨论的会议。索尔维会议致力于研究物理学和化学中突出的前沿问题,每三年举办一次,规律为第一年是物理学,第二年轮空,第三年是化学。
这会议常被趣称为“集中了全人类三分之一的智慧”。
欧内斯特·索尔维不仅是一名家财万贯的实业家,也是一名科学家。他发明的工业氨碱法沿用至今。索尔维制碱法是将海水与石灰石混合,进而产生碳酸钠,也就是我们常说的苏打。苏打可以将水软化,使硬水中的钙离子和镁离子沉淀析出,因此,减少了污垢的形成。相比于碱液的强腐蚀性和危险性,苏打温和的多,它可以用来降低食物的酸性。
索尔维热衷于慈善事业,他将自己的财富献给了科学,为物理界的杰出人士创办了影响深远的索尔维会议。首届索尔维会议于1911年秋天在比利时的布鲁塞尔举办。
首届索尔维会议究竟发生了哪些趣闻轶事呢?在首届会议之前,欧内斯特·卢瑟福刚刚完成了α粒子散射实验,这个实验表明原子内部有一个密度极大的原子核,电子将它包围起来。
卢瑟福在实验中发现,带电的α粒子在轰击金箔后会反射回来,这表明α粒子遇到了一块密集的带电区域。然而卢瑟福在1911年索尔维会议上却对此只字未提。居里夫人也出席了会议,当时她与卢瑟福有同样的发现,只是途径不同而已。居里夫人意识到放射性元素与它的化学性质无关,她说:“放射性与之前观察到的现象无任何关联。
放射性似乎来自原子内部的深层区域,这块区域远远超出了我们的感受范围和观测范围,除非是在原子能量释放的那一刻。”
第五届索尔维会议讨论的核心是有关量子力学的,而追溯量子力学就不得不提及一个人,那便是德国物理学家马克斯·普朗克,“量子力学之父”。19世纪末,扬弃古典物理学的观念已提上日程。因而消除牛顿力学和麦克斯韦电磁场这两大理论之间的不一致,就成为二十世纪物理学发展的前提。
普朗克此时提出了一个大胆的假说,在科学界一鸣惊人。这一假说认为辐射能(即光波能)不是一种连续的流,而是由小微粒组成的。他把这种小微粒叫做量子。普朗克的假说与经典的光学学说和电磁学说相对立,使物理学发生了一场革命,使人们对物质性和放射性有了更为深刻的了解。
围绕着量子论的发展,涌现了无数物理天才,在普朗克和爱因斯坦之后,玻尔、薛定谔、泡利、狄拉克等人陆续登场。他们几乎都在30岁之前对量子论做出了重大诠释。由于前几次索尔维会议适逢20世纪前三十年的物理学大发展时期,参加者又都是一流物理学家与化学家,使得索尔维会议在物理学发展史上占据了重要的地位。
最负有盛名的一次会议当属1927年10月召开的第5次关于电子与光子的索尔维国际会议,世界上声名赫赫的大物理学家均有出席,对新提出的量子理论进行了探讨。参加这次会议的29人中有17人获得或后来获得诺贝尔奖。这次会议的带头人是爱因斯坦和玻尔。爱因斯坦那时不再对海森堡的“不确定性定理”抱有幻想,声称“上帝不会掷骰子”。对此,玻尔曾回应道,“爱因斯坦,不要再告诉上帝应该怎么做!
”这一争论被称为玻尔-爱因斯坦论战。
维尔纳·海森堡是量子力学第一种有效形式(矩阵力学)的创建者,他更是为后人留下了一个神秘诡谲的“海森堡之谜”。“二战”期间,纳粹德国召集众多科学家研制原子弹,海森堡是其中核心人物,但最后德国并没有造出原子弹,有一说法正是海森堡没有尽全力,但海森堡本人一直拒绝披露其中的真相。光辉成绩的背后也有着不为人知的往事,1923年,年仅21岁的海森堡差点没有拿到博士学位。
在答辩现场,面对数学问题时,海森堡回答起来得心应手;等到天文学问题的时候,他就开始不知所措;最后到实验物理的时候,则完全一脸茫然。
埃尔温·薛定谔也是索尔维会议中声名卓著的人之一。他在1935年提出了著名的量子理论即“薛定谔的猫”。这一理论指出一些事物没被观测到之前,可以同时以两种本征态存在。薛定谔假想将一只猫放置于一个装有放射性物质的箱子内。
若在一小时内该物质发生衰变、释放出有毒物质进而将猫杀死的机率是50%。然而,还有50%的可能是放射性物质没有衰变,因而并没有释放有毒物质。所以,量子力学理论认为,这只猫既没死也没活,一直到打开箱子进行观测才能确定其状态。
1931年,国际联盟派出4位专家来华考察教育,其中就有著名物理学家保罗·朗之万。来华后他建议中国物理学工作者联合起来成立中国物理学会,并加入国际纯粹与应用物理学联合会。
经过朗之万的促进,中国物理学会的筹备组织迅速成立,当时的清华大学校长梅贻琦被推选为筹备会主任。1932年8月22日至24日在北平清华大学召开了中国物理学会的成立大会,这也是中国物理学会第一次年会。朗之万生于巴黎,1905年他看到爱因斯坦的论文后,对相对论表示了浓烈的兴趣,并和爱因斯坦结下了深挚的友谊。他形象地阐述相对论并作了大量宣传工作,因而有“朗之万炮弹”的美称。