聯合國宣布1925年為國際量子科學技術年。關於國際量子年的官方聲明往往強調量子科學的前瞻性技術應用，像是在量子計算和密碼學領域的運用。他們只是輕描淡寫地說了一句選擇 2025 年為國際量子年的原因是由於今年是量子力學發展的一百週年。聯合國宣布舉辦國際量子年的決議就是這麼說:2025年「恰逢」百週年紀念日，國際量子年的官方網站也提到「量子力學一百週年」。
但2025年真的算得上是量子力學誕生100週年嗎？這取決於你問的是誰。根據標準教科書的敘述，馬克斯·普朗克在 1900 年提出了量子假說，即物理的某些性質的大小並不是連續的，而是一組離散的、可數的單位，被稱為量子(quantum，這個字來自拉丁文)。 2000 年有許多出版品慶祝普朗克理論的一百週年。 但是普朗克在 1900 年並沒有使用「量子」這個詞，現在大多數歷史學家認為他在那一年也沒有將任何物理量加以量子化。其他里程碑年份包括 1905 年，愛因斯坦提出光量子理論來解釋光電效應，以及 1913 年，尼爾斯·波爾首次提出他的太陽系原子模型，在波爾的模型中，電子在一組離散的、量子化的軌道上繞著原子核運行。
話雖如此，無論如何評價，1925 年都是量子力學發展的關鍵一年。就在這一年，歷史學家如今所稱的「舊量子論」的缺陷就已經顯現出來了。「舊量子論」以波爾原子模型為基礎，後經阿諾德·索末菲等人改進，但該理論無法準確模擬比電離氦更重的物質的光譜。 1925 年標誌著我們今天所知的量子力學發展的轉捩點——這一理論至今仍是我們理解宇宙的支柱之一。
因此，今年慶祝是有意義的。問題在於，大眾對於一百年前發生的事情缺乏清晰的認識。由於大多數人不熟悉歷史細節，國際量子年有可能有加劇人們將維爾納·海森堡描繪成發起量子革命的唯一天才的形象之虞。仔細研究 1925 年發生的事情就會發現，量子力學的發展從一開始就是一個集體創作的過程。它也成為了一個關於科學發現的簡單敘事往往會延續英雄崇拜並忽略其他重要貢獻者的例子。
儘管歷史學家努力講述現代量子力學誕生的細緻入微的故事，但滲透到大眾意識中的故事似乎源自於海森堡本人。正如這位德國物理學家在多個場合所提及的，尤其是在他 1969 年的回憶錄中，1925 年 6 月，他在研究「舊量子論」的幾個問題時陷入了僵局，當時他患上了嚴重的季節性過敏症。為了尋求解脫，海森堡離開了德國哥廷根大學的校園，前往北海幾乎沒有花粉的黑爾戈蘭島。不受干擾，加上長途散步和游泳，海森堡全心投入研究舊理論中不一致之處。一天夜裡，他取得了關鍵性的突破：經過一晚的計算，他證明了在他的新理論中能量守恆依然成立，就像在古典物理學中一樣。他回到家後很快就完成了論文的草稿。
7 月 29 日，海森堡向《物理學雜誌》提交了他的論文，其標題翻譯為“關於量子理論的運動學和力學關係的重新詮釋”，《物理學雜誌》是一份相對較新的德國期刊，以發表前沿研究而聞名。根據流行的說法，這篇論文「Umdeutung」（「重新詮釋」）——通常以其德文原名命名——代表以矩陣表述的量子力學的誕生，海森堡幾乎憑著一己之力開啟了一段充滿活力的狂熱研究時期，最終在極短的時間內創立了現代量子理論。到 1927 年，這個理論已經足夠成熟，以至於波爾和愛因斯坦在第五屆索爾維物理學會議上就它的哲學意義進行了辯論。幾年後，海森堡因「創立量子力學」而獲得 1932 年諾貝爾物理學獎。
海森堡的敘事被廣泛傳播並不令人意外。畢竟，還有什麼比一位多愁善感的諾貝爾獎得主更富有詩意的呢？他因過敏而癱瘓，在一個遙遠而美麗的島嶼上尋求庇護，並在那裡突發奇想。如今，黑爾戈蘭島的故事已經成為了二十世紀二十年代量子革命的流行著作中常見的話題。史蒂芬·溫伯格 (Steven Weinberg) 在 1994 年寫道：「如果說有什麼時刻標誌著量子力學的誕生，那就是 1925 年年輕的維爾納海森堡的一次休假…在黑爾戈蘭島，[他] 打造了一個嶄新的開端。」
不管有意無意，籌辦國際量子科學技術年的主其事者都替海森堡的傳奇推波助瀾：其中一場最著名的會議將於今年 6 月在黑爾戈蘭島舉行。研討會邀請了該領域的多位傑出人士，包括 2022 年諾貝爾獎得主 Alain Aspect、John Clauser 和 Anton Zeilinger，重點在探討量子科學和技術的未來。但其網站延續了量子歷史的英雄版本，聲稱海森堡在 1925 年在該島逗留期間「開展出矩陣力學，這是量子理論的第一個表述」。
關於黑爾戈蘭島故事的真實性至少是值得懷疑的。它源自於海森堡的回憶錄《部分與整體》，該回憶錄於 1971 年以英文出版，書名為《物理學及其他》。但眾所周知，個人記憶是不可靠的。海森堡在書的序言中承認，這本書並不是“對所有細節的歷史事件的準確複述”，他只是想描繪“更廣闊的遠景”。 可惜太多的作家把他的記述奉為圭臬。
當代證據證實，1925 年 6 月，海森堡在黑爾戈蘭島度過了大約 10 天。目前尚不清楚他在島上完成了多少：正如安東尼·鄧肯 (Anthony Duncan) 和米歇爾·揚森 (Michel Janssen) 在他們關於 20 世紀 20 年代量子革命的權威歷史著作中所指出的，海森堡可能在他短暫訪問黑爾戈蘭島之前和之後完成了《Umdeutung》論文的大部分工作。 此外，正如他們指出的那樣，他於同年 6 月和 7 月寫給沃爾夫岡·包立 (Wolfgang Pauli) 的幾封信表明海森堡最初對他的理論缺乏自信。他對自己的成果非常不確定，因此將完成的手稿交給了馬克斯·波恩（Max Born），波恩在 1924 年指導他在哥廷根大學通過取得教授資格(即所謂的Habitaliation)，海森堡請波恩審查並決定是否值得提交這篇論文。這並不符合你對一個號稱頓悟真理的智者該有的印象。
此外，《重新詮釋》這篇論文的晦澀難懂是出了名的。在他宣揚黑爾戈蘭神話的同一本書中，溫伯格進一步坦白，他“從來不明白海森堡在論文中提出這些數學步驟的動機”，並且他認為這篇文章“純粹是魔術”。 6 多年來，他並不是唯一一個對這篇「重新詮釋」這篇論文感到困惑的人：在技術導向的物理學歷史學家中，已經發展出一種家庭手工業，試圖解釋這篇論文的內容和其思想背景。值得注意的是，對《重新詮釋》這篇論文的各種詮釋無一例外地使短短 15 頁的原文顯得相形見絀：例如，歷史學家和哲學家愛德華·麥金農 (Edward MacKinnon) 在 1977 年發表了一篇關於這一主題的早期且被廣泛引用的文章，長達 52 頁，而鄧肯和詹森則在他們 2023 年出版的書中整整用了四十六頁。
直到其他研究人員認識到海森堡原本略嫌繁重的計算可以用矩陣的數學語言優雅地重寫——當時包括海森堡在內的幾乎所有物理學家都不知道這種形式——他的工作才開始以今天寫在教科書的形式出現。在閱讀海森堡的「重新詮釋」論文後，波恩立刻被迷住了，很快地他把數學天才帕斯誇爾·喬丹（Pascual Jordan），他以前的博士生之一，拉近來一起參與了這項研究。 1925 年 9 月 27 日，他們向《物理學雜誌》提交了關於這個主題的論文，論文標題就是「論量子力學」。直到那篇文章中，矩陣力學才開始變得今天的物理學家能理解的樣子。
甚至在論文定稿之前，波恩和喬丹就開始與海森堡合作撰寫後續文章，該文章於同年 11 月 16 日提交給《物理學雜誌》。 9 這篇論文通常被稱為“三人行Dreimannerarbeit”，這篇論文可以說是那一年最重要的里程碑：科學史學家馬克斯·雅默 (Max Jammer) 稱其為“首次以矩陣表述的方式全面闡述現代量子力學基礎”。 海森堡認為瑞典皇家科學院應該平分 1932 年的諾貝爾獎：在收到獲獎消息後，他分別寫信給波恩和喬丹，表示很遺憾三人沒有共同分享諾貝爾獎。
儘管教科書和流行文章都在複製黑爾戈蘭神話並延續英雄崇拜，但 1925 年矩陣力學誕生的真正故事是海森堡、波恩、喬丹甚至包立之間的合作和團隊合作的故事。這教訓對於整個量子力學的歷史來說都是正確的。歷史學家估計，1925 年至 1927 年間，共發表了近 200 篇論文，其中許多論文的作者早已被遺忘，這些論文推進了新理論並將其應用於原子動力學的各種問題。
一個值得突顯的例子是美國物理學家卡爾·埃卡特，他獨立於愛爾文·薛丁格，主張量子力學的矩陣表述和波動表述是等價的。埃卡特在加州工作，並於 1926 年 6 月將他的論文提交給了當時還不太知名的期刊《物理評論》。大約三個月前，薛丁格將他著名的證明兩個表述等價的論文寄給了德國的《物理年鑑》。儘管埃卡特並未因這項發現而獲得優先權——在本文付印時於 9 月 2 日添加的註釋中，他感嘆薛丁格已經「發表了上述論文中包含的所有重要結果」——但他的貢獻仍然很重要。埃卡特以矩陣力學為出發點，然後試圖證明其與波動公式的等價性；薛丁格的證明恰恰相反。諷刺的是，現在大多數學者都認為埃卡特和薛丁格的證明都是不完整的，實際上是約翰·馮·紐曼他們和其他人的工作為基礎，在 20 世紀 20 年代末和 30 年代初的一系列出版物中最終證明了這兩個表述是等價。
1925 年，海森堡、波恩和喬丹取得突破性進展時，露西·門辛正在哥廷根工作，她很快就熟悉了新的量子力學，並可能是第一個將理論應用於雙原子分子的人。 門辛在發表開創性文章之後，又與曾在漢堡指導她論文的包立合作，提出了如何從量子力學來處理這些分子電極化率的作法。物理學家 Gernot Münster 將這篇文章稱為「應用量子力學的里程碑」。 儘管關於她的職業生涯留存的主要文獻很少，但門辛似乎在 20 世紀 20 年代末逐漸退出該領域，部分原因是她對當時高度競爭的學術文化感到厭煩。她的最後一篇科學出版物發表於 1930 年，不過此後她顯然繼續協助她的丈夫、物理學家威廉·許茨 (Wilhelm Schütz) 從事研究工作。
20 世紀 20 年代中期量子革命期間在哥廷根工作的另一位物理學家是赫塔·斯彭納 (Hertha Sponer)。她後來出版了許多著作，包括 1935 年至 1936 年出版的具有影響力的兩卷本光譜學著作，該書透過實驗證實了量子力學的預測。與門辛格不同，史龐納長期留在學術界。作為一名在納粹統治下的德國女性，她幾乎不可能獲得學術職位，因此最終選擇移民。她於 1934 年先移民至挪威，隨後於 1936 年移民至美國，最終在杜克大學拿到終身教職。
埃卡特 (Eckart)、門辛 (Mensing) 和斯龐納 (Sponer) 只是冰山一角：還有許多其他早期的量子創新者並不屬於標準範疇。如果我們今年要紀念量子力學誕生 100 週年，那麼讓我們擴大慶祝的範圍。儘管國際量子年的組織者對1925年發生的事情做出了含糊其辭的描述，但他們似乎也意識到了不要落入一面倒神化特定人物，弄出類似天主教的聖徒傳那樣的危險。(譯者表示:天主教徒表示:趴著趴著也中槍?) 在他們的使命宣言中，他們敦促參與者「誠實地看待量子科學和技術的過去和未來」。至少，我們應該避免黑爾戈蘭神話所象徵的那種英雄崇拜。
感謝 Michel Janssen 提供有益的評論，阻止了幾個量子神話的無意傳播。
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