
1979年4月5日,分子束大師拉比(Isidor Isaac Rabi)在多倫多大學物理系的一場演講,帶來那個時代的嶄新想像。
我和厄內斯特·拉塞福(Ernest Rutherford)——那位傑出的物理學家與加拿大麥基爾大學的教授——有一個共通點。他曾哀嘆自己雖是物理學家,卻獲得了諾貝爾化學獎。而我的經歷剛好相反。我當初在康乃爾主修化學,拿的是化學學士學位--不過那個學位後來就停辦了。所以我就像DeSoto,那種早就停產的汽車一樣,是個『絕版的孤兒』。
總之,有好幾年我到處嘗試了各種東西,雖然讓我開了眼界、增廣了見識,但完全沒有讓我的荷包變大!於是我又回到了康乃爾大學,打算研究物理化學。但那些課我早就都修過了,所以我心想:「那我就來讀物理,然後把兩者結合起來。」
你知道,這有點像某個想研究中國哲學的人,他先去查了百科全書裡「中國」的條目,又查了「哲學」,最後試著把它們湊在一起。但對我來說,當我開始研究物理時,我才發現,原來我喜歡的那部分化學其實叫做物理。這就是我職涯的開端,我大約在1922年左右才開始真正踏入物理這個領域。
在美國學習量子力學
1922年是個非常重要的年份。事實上,從1920年代初開始,整個物理學界都處於劇烈動盪,新的思潮開始醞釀並遍及全世界——當然,這裡所謂的「全世界」是指丹麥、英國、法國,但不包括美國。
我還記得,當我在康乃爾大學唸研究所的時候,有一次和其他學生一起坐在圖書館裡。那是阿諾·索末菲(Arnold Sommerfeld)教授即將來訪之前。你可以看到一位接著一位的教授悄悄走進來,翻閱索末菲的著作《原子結構與光譜線》(Atombau und Spektrallinien,Friedr. Vieweg & Sohn, 1919)。那是他們接觸量子理論的唯一途徑。這就是1922年的美國。相比之下,在歐洲,量子理論已經存在好幾年了。但在美國,它仍未被廣泛認可為適合用來作為康乃爾或甚至哥倫比亞大學研究所課程的學科(拉比在哥倫比亞獲得了博士學位)。我甚至不確定1922年的多倫多大學對量子理論有多了解!
總之,在美國,大學教師對量子物理並不特別關注,僅僅只是做一些實驗研究而已。但在哥倫比亞大學,一群研究生組成了一個每週的討論小組,我們叫它「星期日讀書會(Sunday soviet)」,意思是我們每個星期日上午11點左右聚在一起,討論到晚上吃完一頓中式晚餐才結束。
我們完全靠自己學到了很多東西。我強烈建議在座所有研究生也試試這種學習方式:如果你感興趣的主題在系上找不到對應的教授,不妨自己組一個小團體,自學研究。事實上,這方法非常有效。當奧地利物理學家艾爾文·薛丁格(Erwin Schrödinger)的論文一發表 [1],我們立刻就讀了它,還一步步推導了所有的方程式。
接著,我和拉爾夫·克羅尼格(Ralph Kronig)決定用這個全新的薛丁格量子理論做點什麼,作為一個練習。於是我們翻閱了馬克斯·玻恩(Max Born)的書 [2],發現對稱陀螺分子( symmetrical top)的問題還沒有人用波動方程處理過。我們便依照薛丁格的規則,建立波動方程、變數分離、求出角動量與各種量子態,但最後我們碰到一個不知道該怎麼解的方程式。
這裡有個我的親身經驗要和你們分享。在某次星期日讀書會之後,我獨自坐在圖書館裡,閱讀德國數學家卡爾·雅可比(Carl Jacobi)的數學著作。他用德文寫得非常優美。我聽說現在這裡的研究生已經不再必修德文了,真是可惜。因為當我讀那本書時,居然就看到我們那個解不出來的方程式——那正是所謂的合流超幾何方程(confluent hypergeometric equation),我們兩人以前根本沒聽過這個東西。靠著這個資料,我們終於解出了對稱陀螺分子的量子力學問題 [3]。
但我們完全不知道波函數 $\psi$ 究竟是什麼。它就像是魔法一樣。你照著薛丁格對氫原子所採用的公式操作,就會算出微分方程的特徵值。這些值對應的就是能階,而且與實驗吻合。但我們對 $\psi$ 這個魔幻的函數毫無概念——它究竟代表什麼?
當然,很快這個問題就獲得了解答。玻恩與其他人提出 $|\psi|^2$,即 $\psi$ 的絕對值平方,代表的是在該位置找到該粒子的機率密度 [4]。這一刻,波函數 $\psi$ 終於有了深遠的意義。
實在是太神奇了,波函數 $\psi$。你只要按照它的計算方法,就會得到真實的結果。其實這並不令人意外,因為在量子力學發展初期,它並未預測任何舊量子理論加上對應原理 (correspondence principle) 那一套咒語沒預測到的結果。

哥倫比亞大學的麥可·普平(Michael Pupin,1858–1935),這張照片大概拍攝於1920年代末期。普平和拉比是1926年哥倫比亞大學中一小群試圖弄懂量子力學的成員之一。(圖片由AIP Emilio Segrè Visual Archives提供。)
哥倫比亞大學
當時在對應原理方面,確實有一些真正的大師在努力。例如,他們能夠從克拉默斯–克羅尼希公式(Kramers–Kronig relations)或克拉默斯–海森堡色散公式(Kramers–Heisenberg dispersion formula)推導出許多結果。從對應原理發展出各種物理關係,靠的全是藝術般的直覺、想像力,以及某些對稱性的概念。因此,從量子力學推導出來的許多結果,在一定程度上早已可以從對應原理預見到。
但有件非常不幸的事情發生在約翰·范弗萊克(John Van Vleck)身上。他寫了一本關於舊量子理論的傑出著作[5]。這是一本精彩而清晰的書,他本人也是一位大師。不過,這本書出版的時機卻非常不巧,正好碰上了量子力學革命的爆發。結果,這本書幾乎一出版就變得過時了!同樣的情況也發生在沃夫岡·包立(Wolfgang Pauli)的第一卷著作上。隨著量子革命的到來,一切都改變了。
到了那時,真正開始成長的是新量子力學了。矩陣力學在很多方面比薛丁格方程式更清楚,但在某些方面也更為艱澀。海森堡的矩陣力學採用了一種截然不同的數學形式。
保羅·狄拉克(Paul Dirac)本來是學工程的,有力學背景,而非物理學背景。因此,當他讀到海森堡關於矩陣力學的第一篇論文時,他特別注意到對易關係(commutation relations),並且察覺到這些對易關係和泊松括弧(Poisson brackets)之間有某種對應。於是,狄拉克便從這個角度出發,展開了他對矩陣力學的研究。
那確實是個了不起的時代,因為我們有機會成為第一批處理像對稱陀螺分子這種問題的人。我們僅僅身為研究生,就完成了這個重要的分子問題!這個研究不是為了我或克羅尼格博士論文而做,但我們確實從中學會不少量子理論。我在哥倫比亞大學唸研究所的時候,校內其實沒有理論物理的教授。我的博士論文是做實驗物理,指導教授是阿爾伯特·P·威爾斯(Albert P. Wills)教授。
1926年,只有我們這一小群認真的思想家,包括麥可·普平,一起坐在那努力搞懂海森堡的矩陣力學。而薛丁格的公式當然是我們的最愛。它相對清晰,你只需要懂微分方程,而且有直觀的圖像解釋。相比之下,海森堡的方法需要處理矩陣,這本身雖然不算困難,但非常繁瑣。此外,海森堡使用了大量抽象的符號系統,在我們看來簡直神秘莫測。
這也說明了,如果跟不上時代(provincial),人的視野會多麼受限。因為就理論物理而言,那時的美國的確是跟不上時代。這點是肯定的。
拜訪歐洲物理學家
當我完成博士論文[6],到了要找工作的時候了。但當時美國國內幾乎沒有什麼職缺,所以我拿了巴納德獎學金(Barnard Fellowship),可以去歐洲。每年1500美元,連續兩年,但這筆錢不包括交通費。就靠這筆錢,我和我太太一起前往歐洲。當然,身為一個美國人,我在很多方面都非常天真。第一站我去了瑞士蘇黎世,希望能跟薛丁格一起工作。
當然,我出發前完全沒有先寄信聯絡。到了蘇黎世,我先找了個可以住宿的小旅館,然後馬上到大學報到。那天下午剛好有個學術演講,我進去聽了。講者講得慷慨激昂,但我一個字都聽不懂。我非常沮喪,心想:千里迢迢從美國來到歐洲,結果竟是這樣,感覺前途一片灰暗。於是我在人群中四處尋找,想看看有沒有熟面孔。
我還真的用很特定的方法找到了。那時是1927年,俄國革命後十年。那時的美國人有個特徵,就是穿著白襯衫,而且領子是縫上的(而不是分離式領片),從這點可以一眼認出美國人。我一看,果然看到了一個穿白襯衫的人。他就是林納斯·鮑林(Linus Pauling)。我跟他訴苦說,完全聽不懂講者在說什麼。他安慰我說:「別擔心,他講的不是標準德語,而是瑞士德語(Schweizerdeutsch)!」這讓我大大鬆了口氣。之後鮑林還請我到他住的地方喝了一杯。你可能無法體會這有多難得:那是1927年,美國正處於禁酒令時期,喝酒可是稀罕事,尤其是對我們這種手頭拮据的人。他還推薦給我一個不錯的旅館。
不過,我到歐洲的時機實在不好。我剛到蘇黎世,薛丁格就離開了——他得到了一個在柏林的新職位。不過我行李不多,只有一個超重的手提箱,所以我決定南下到慕尼黑,去拜訪索末菲。到了慕尼黑,我又像在其他地方一樣,直接去敲門自我介紹:「我叫拉比,來這裡工作。」事前同樣也沒寫信。
就這樣--我真的到了索末菲(Sommerfeld)在慕尼黑的辦公室!他們帶我到一間研究生工作的房間,裡頭就有當時還是研究生的漢斯·貝特(Hans Bethe)和魯道夫·佩爾斯(Rudolf Peierls),還有後來成為知名天體物理學家的阿爾布雷希特·溫索爾德(Albrecht Unsöld)--嚴格說起來,是理論天文學家。房間裡還有兩位美國人,他們後來也都成了相當重要的人物。其中一位是愛德華·康登(Edward Condon。你一定知道他和喬治·蕭特利(George Shortley)合著的《原子光譜理論》(The Theory of Atomic Spectra,劍橋大學出版社,1935),以及他之後寫的其他書籍。另一位是霍華德·羅伯森(Howard P. Roberson),在相對論圈子裡非常有名。所以我們三位美國人便成了索末菲小組裡的『同鄉互助團』,彼此打氣,因為我們都很擔心自己的德文不夠好。偶爾佩爾斯和貝特會走到走廊上笑作一團--我們總是懷疑,他們笑的對象就是我們。
總之,1927 年的德國研究生的工作環境,和現在比起來,可以說是「很有意思」的。
有一次,索末菲帶我參觀他的辦公室。地下室有個地方,裡面放著一塊木板架在櫃子上方,上面吊著一顆裸露的白熾燈泡——貝特就是在那裡工作的。可以想像,那裡幾乎沒有什麼設備可言。我記得當時真正跟 Sommerfeld 共事的研究生大概只有三位。但你也可以從他的挑選中,看出他對學生的眼光有多精準——那三位當中就包括佩爾斯和 貝特。第三位是誰,我倒是已經想不起來了。
索末菲本人是個非常有尊嚴又很了不起的人。每到星期五下午,我會被邀請到英國花園(Englischer Garten)和這位Geheimrat(德語中對傑出科學家的尊稱)茶敘。場面非常正式。
索末菲的辦公室非常大,外面是他的助理貝克(Becker)的辦公室,再外面才是學生們的空間。所有期刊都放在索末菲自己的辦公室裡。如果你想查資料,得先找助理,助理敲門,然後你才能進去查。這樣的情況下,查資料也不是什麼輕鬆的事。
我講這些故事,是想讓大家看看當時的生活方式,跟今天形成鮮明對比。當然,我不知道現在的情況如何(因為我1967年就退休了)。現在去一個新地方工作,不知道還需不需要像以前那樣事先獲准?今天如果有個剛畢業的博士後研究員自我介紹說:「我叫拉比,我來這裡工作。」別人可能只會回:「誰說你不是呢?」那時候,在德國生活真是種奇妙的體驗,作為美國人,你不是這裡的一份子,你本來就不期待能在那裡找到工作,所以能保有一種自由感。
到了秋天,我離開慕尼黑,原本打算先去英國再去哥本哈根。但到了英國我發現:在德國用六馬克(大概等於六先令)就能過一天的生活,在倫敦卻連個房間都租不起。我眼看著個人經濟危機要降臨了,只好趕緊前往哥本哈根。
在當時,哥本哈根就是理論物理學界的聖地。一切最重要的成果,幾乎都跟哥本哈根有關。因此,我和太太一到哥本哈根,就提著行李,拿著地圖,走到理論物理研究所(後來的尼爾斯·波爾研究所)。我按了門鈴,照舊自我介紹:「我叫拉比,我來這裡工作。」秘書給了我一把鑰匙。我問她哪裡可以住宿,她也給了我們很好的建議。於是我把太太和行李安頓好,又回到研究所。那是九月,整個月都在放假,研究所裡除了秘書和我,空無一人。但哥本哈根有種奇特的氛圍,彷彿建築本身都在催促你要努力工作、要努力想出偉大的思想。我推薦大家有機會一定要體驗一下,雖然有時也會讓人很挫折。
漸漸地,一些人物開始出現了。有位先生,結巴得很厲害。他努力地告訴我他的名字,我猜他是奧斯卡·克萊因(Oskar Klein),因為我知道克萊因是波爾的助手。結果他說出來的是帕斯夸·喬丹(Pascual Jordan),他後來也成為了著名教授。我不知道他怎麼辦到的,我只知道他只要喝點啤酒,或是講英文的時候,他就不結巴了。
再過一陣子,更多物理界的大人物出現了:像伊瓦·瓦勒(Ivar Waller)、比我早些抵達的克羅尼格,最後偉大的波爾教授也從假期回來了。
抵達漢堡
現在,我要開始講述我人生真正的故事——也就是我生命走向的開端。那時候波爾過了一個非常辛苦的夏天,他的助手們都覺得他工作過度、太勞累了,應該不要再接待任何人,只有克羅尼格例外——因為他早先就已經到了。
然而,一件非常幸運的事情發生了。儘管我並未提出要求,他們還是安排了仁科芳雄(Yoshio Nishina)和我去漢堡與包立一起工作。一開始,我對這個決定感到失望,因為必須離開中心,前往像漢堡大學這樣的地方。但實際上,漢堡大學在那時是世界上最偉大的物理機構。漢堡有包立,沃爾特·戈登(Walter Gordon,克萊因–戈登方程的提出者),威廉·冷次(Wilhelm Lenz,分子理論方面的傑出人物),最重要的是奧托·斯特恩(Otto Stern),他在實驗方面非常出色。於是我在偶然間,也部分是違背我意願的情況下,來到這個非常了不起的地方。此外,還有來自蘇格蘭的羅納德·弗雷澤(Ronald Fraser)和美國的約翰·泰勒(John Taylor),他們之前做過分子束實驗,現在也在斯特恩的實驗室工作。那時的包立,在1927年末,要求仁科芳雄和我與他一起撰寫一篇論文[7]。
我意識到我必須講些英語。這件事已經成為一個生理需求。我們三個英語使用者——弗雷澤、泰勒和我——組成了一個小團體,我給它取名為「我們海外的三人組」。你無論如何都必須表達自己,而對我來說,這只能用英語來實現。不久,我離開了包立的小組。我有一個有趣的實驗想法,研究分子束的磁折射,並受邀在奧托·斯特恩位於漢堡的實驗室中進行這個實驗[8]。
還記得在哥倫比亞時,我提到過我們十分跟不上時代。為了向你展示我們有多跟不上時代——我所說的「我們」是指美國,那個位於加拿大邊界以南的國家——在德國,他們訂閱了美國《物理評論》,但他們等到年末才一次性收到當年的12期,以便節省郵費。這份期刊對他們來說沒有重要到需要及時到達。
我們——在這裡我指的是康登(Condon)、羅伯森(Robertson)和我當時的其他朋友——覺得這很羞辱人,並發誓要改變這種情況。我必須說,我們做到了,因為十年後,《物理評論》成為了世界上頂尖的期刊。花的時間不長。我們回到各自的大學,開始教學。
1948年,仁科芳雄與拉比。兩人在1927年都是包立研究小組的成員,並且在德國漢堡共同撰寫了一篇論文。(來源:AIP Emilio Segrè Visual Archives)
教學就像養魚——有很多的魚卵,我們開始進行受精。於是便有了一群隨時會孵化的年輕物理學家。在美國有許多的學院和大學,學生們在那裡,他們需要老師。而我們從德國帶回了量子理論的魔法。事實上,到了第二次世界大戰爆發時,物理學家可以在所有的美國實驗室工作。我們招募到數百或數千名擁有高等教育背景的人。這樣一來,(讓美國物理學從跟不上時代轉向國際化)是可以做到的。
這也是我為什麼在第一顆人造衛星 Sputnik 發射時,對俄國人感到如此畏懼,我以為他們掌握了這種養魚的技巧。但這是無法達成的,除非你擁有一個自由的社會。這一切都是由人們自主完成的,而且是在沒有政府支持的情況下。在戰前,物理學並沒有政府資金支持。不過我有點離題了。
實驗的神奇角色
接著我會開始講到實驗的部分。這是關於那些偉大的日子,以及人們看到奇妙的現象卻無法理解它們的故事。
眾所周知,斯特恩和格拉赫(Gerlach)進行了一個著名的實驗,旨在證明空間量子化。他們將一束銀原子射過一個不均勻的磁場。當銀被蒸發時,原子應該會帶有磁矩,這些磁矩可以被外部的磁場梯度偏轉。由於銀原子束的速度遵守馬克士威分佈,它們會被磁場梯度偏轉並散開。根據不同的磁矩方向,有些原子會偏轉往其中一個方向,有些則偏往另一個方向;如果它們的磁矩方向與磁場垂直,則完全不會偏轉。
斯特恩和格拉赫的概念實在棒極了,而他們用非常差的設備完成了這個實驗。(參見2003年12月《Physics Today》中的文章《斯特恩和格拉赫:一根壞雪茄如何幫助重新定位原子物理學》,第53頁。)這個實驗,如大多數人在基礎物理課本看到的那樣,顯示出了一個分裂的光束,一個偏轉的方向是正的,一個是負的。但是中間呢?那些與磁場垂直的原子呢?(拉比這裡提到的是當時的波爾–索末菲理論,在該理論中,銀原子基態具有錯誤的軌道角動量(L = 1),而電子的自旋和g因子尚未被發現。)當時的說法是你可以指派量子數mL,這些量子數可以等於一、負一和零。那零呢?沒有零!當時這一事實並未引起巨大轟動,人們只是說:「嗯,mL等於零不見了」這在當時是個不得了的論點,卻沒有人理解它。
由於當時沒有邏輯理論可供依據,你可以隨便推測;看起來零狀態缺失似乎是顯而易見的。為了支持這個論點,他們援引了史塔克效應的理論,其中mL = 0的軌道應該會撞擊到原子核。於是他們說:「我們不能讓它撞到原子核,所以我們可以說mL = 0這個量子數缺失了——它就是不存在。」現在你可能可以明白為什麼這個奇怪的實驗結果如此有用。你不需要那些奇怪的論點來辯解為何mL = 0狀態缺失。這個實驗的重點是他們看到銀原子具有自旋為1/2,它的偏向只有兩種方向。這項結果就直接擺在他們眼前,而因為他們已經習慣於輕率的談論,所以沒能意識到這一點。
當時,斯特恩還在進行實驗,試圖展示物質的波動性。他首先用帶刻線的表面對氫原子進行散射,然後他成功地使用了另一種類型的晶格。他展示了這種散射與德布羅意波長有關——不僅是對原子的散射,還有對分子的散射而言也是如此。
分子並不是原子,至少在那個單純的時代是如此。當你為只有兩個原子的分子計算德布羅意波長時,憑什麼一架大鋼琴就不應該有德布羅意波長呢?任何東西的集合都應該以這種方式散射。事實上,這些散射實驗實際上展示了物質的波動性。不僅僅是電子散射,甚至是原子散射,還有分子散射,都遵守同一個的德布羅意關係。
後來,在1933年,斯特恩和他的合作者根據相同的思路去測量質子的磁矩。他的朋友包立等理論家非常反對。他們都說:「我們知道質子的磁矩,因為我們知道質子和電子之間的質量比,而且我們知道電子的磁矩。」但斯特恩還是繼續進行實驗,結果當然,這些理論家都是錯的。
物理學會來到終點嗎?
我即將進入這次演講的尾聲,我只想告訴你們一個小故事。我本可以繼續講很多故事,正如你們所見,我可以繼續講很久很久。不過接下來這個故事是你們應該牢記在心的。
我和我的導師,奧托·斯特恩,曾經去拜訪偉大的麥克斯·玻恩,那時他憑藉他對波函數的機率解釋等等,正處於輝煌的巔峰時期。在那次會議上,他非常嚴肅地告訴我們,六個月後,物理學將會迎向終點。
這真是一個重擊!玻恩具有令人印象深刻的人格,他會說這些話是有一定道理的,因為那是1928年,狄拉克剛剛給出了他那神奇的電子理論[9]。狄拉克在不做任何假設的情況下,只基於相對論不變性,推導出了電子的自旋和磁矩。關於電子的一切,都是在沒有任何額外假設的基礎上推導出來的。這當然是一個巨大的成就。而玻恩顯然認為,不會超過六個月,圍繞他身邊的這些非常聰明的人就會從類似的理論中推導出質子的自旋和磁矩,然後一切就結束了。他有解釋,接下來當然還有很多工作要做,但我們熟知的物理學——在樂觀中盲目摸索的那種物理學——將會結束。
至於我則認為玻恩的預言難以置信。事實上,我根本無法讓自己相信它。以我當時的年齡,我有太多東西要承擔。另一方面,隨著你們事業的發展,你們將會不斷聽到並看到這樣的預言。對於在場的研究生和年輕人來說尤其如此,因為在過往物理學的每一次整合時期,未來看起來似乎都被關上了。
在牛頓時代,物理學是一本闔上的書。那時有中心引力力場,並且有描述它們如何運作的方程式。人們嘗試解這些方程式,但某些類型的問題使他們發明了其他的力。當然,隨後而來的是馬克士威的電磁理論——一切都非常美麗,安穩,完整,似乎也已經結束了。但偶爾,大自然會做出一些奇怪的事情,比如光電效應,它出現的時候正是馬克士威理論的巔峰時期。它最早是在海因里希·赫茲的實驗中偶然發現的,當時他正在研究電磁波檢測,但他並未意識到它的重要性,也無法解釋它。因此,我開始認為物理學是一場永無止境的追尋。
最後,我想到一個神秘的想法。我們如今需要大型設備來進行物理實驗,例如我們擁有的那些巨大加速器,於是我開始思考:上帝是否只會向有錢人開示?是否真的是只有擁有龐大人口的富裕國家,才能獲得關於宇宙如何構成的基本資訊?在這一點上,我成為了一個神秘主義者,我不相信只有富裕和強大的國家才能達成真正的理解。我認為還得靠你們來證明我是否是對的。
謝謝大家。我很喜歡聽問題。
聽眾問答
楊·范·克拉寧頓(Jan van Kranendon): 這是一個很實際的問題。當您與奧托·斯特恩合作時,實驗設備的經費從何而來?這項研究工作是由誰資助的?
拉比: 這是個非常好的問題。我想那時候有一個叫做「德國科學需求組織」(der Notgemeinschaft der Deutschen Wissenschaft)的組織。或許有人能正確翻譯這個名字,它是為德國科學提供資金的組織,但我不確定資金是否來自富人還是政府。至於大多數研究資金,至少在某些情況下,主要來自美國。難道我們不是在1918年打敗了德國嗎?而現在我們卻得付錢!
洛克菲勒基金會和其他基金會資助了學生——像是費利克斯·布洛赫和愛德華·泰勒這樣的人。很多人都申請並獲得了洛克菲勒獎學金和經費。他們在漢堡的實驗室有我們在哥倫比亞大學無法擁有的設備——而這些都是由美國的資金支付的。而且,洛克菲勒基金會非常明智,它關心的是用其資金獲得優秀的研究和最好的科學,當時最好的科學正是在德國,因此他們將資金投入到了那裡。
當我看到漢堡擁有的那些設備時,我的眼睛瞪大了,那些設備是我在美國無法獲得的。他們有各種特殊的真空幫浦和其他設備,這些幫浦當時的價格可能要200到300美元,那在當時可是一個天文數字。但當我回到美國開始做研究時,我不得不買價格8美元的幫浦。所以你可以看出德國的研究是如何獲得資助的:美國對德國科學有著極大的尊敬,而對美國科學則有著極大的自卑感。
我想,就像歐本海默曾說的那樣,「可以說我們是跪著爬去德國的。」但在第二次世界大戰後的短短幾年內,整個情況發生了反轉。1926年,在德國你無法用英語與人交流,因為他們不懂英語。我記得有一位德國人聽到另一位德國人說英語時感到非常驚訝。如果你希望你的研究被認可,你必須用德語或英國的《自然》期刊來發表。
而現在,你可以比較一下,英語幾乎成為了全球通用語言。但我想提醒大家:從1927年,我所提到的那一年,到1937年或1940年代初,才大約十年的時間,而在那十年間,局面發生了劇變。對於那些自豪於只懂英語的人來說,你們需要學點外語。我還想說一點:我知道在哥倫比亞大學,他們也已經取消了博士學位的外語要求,這是一個巨大的錯誤。
如果你想閱讀許多來自20世紀初和大部分過去一個世紀的重要物理學論文的原文,那麼你無法僅僅用英語閱讀這些文章。大多數這些原始論文尚未被翻譯成英語,你無法從教科書中獲得這些原文的味道。所以我建議你們認真考慮這一點,學一些外語。我不確定學哪一種,這由你們自己決定……或許是荷蘭語吧【對著范·克蘭登邁微笑,指的是他輕微的荷蘭口音】。
問題: 您能進一步解釋一下,為什麼您似乎沒有提前聯絡就能在那個研究所工作,他們知道您是可採納的人選嗎?這是您想表達的意思嗎?
拉比: 我是想描繪一個不太複雜的時代,儘管經歷第一次世界大戰,世界仍然有些單純。當時,一個學者可以到處遊歷,並且能夠被接納。我當時並不是要檢驗這一點。但作為一個浪漫主義者和美國人,我單純認為不需要事先安排什麼。我是說,這種受到熱烈接待的情況並不讓我感到驚訝。我當時認為這是正常的。
當我回顧那段時間,尤其是以現代的眼光來看,我才驚訝於當時沒有人問我資金來源。在漢堡,我有一個實驗的想法,並且被邀請去做,所以我就做了。但沒有人問我,「你有經費來源嗎?」完全沒有人問。他們給了我設備,空間,等等。我做得很愉快。
我們向德國人展示了一些我們所謂的美國工作方法(Amerikanische Arbeitsmethode)。通常,實驗室是從早上7點開放,然後晚上7點關閉——一切都非常不美國。我們大概10點到,然後大約11點,妻子們會過來做吐司、烤餅等,我們則繼續做物理實驗。然後我們非常準時地收工。這真的有效。我們也做得很開心。上面樓層還會有人來講:「請你們唱歌小聲一點。」所以,那時候我們不是咬緊牙關做實驗,而是每時每刻都在享受。這才是做物理的唯一方法,我認為。
范·克拉寧頓:也許我可以問另一個問題。您說過您與包立來往過,我知道包立以非常嚴厲著稱。您覺得他怎麼樣?您如何與他互動?您能理解他工作時的態度嗎?
拉比:我見過他非常嚴厲,正如你所說的那樣。我認為我和他相處得很好,但那是因為我犯了一個錯誤。當我剛到漢堡時,我告訴他我正在做關於氫分子的計算。我們之間發生了一個誤解,關於羅馬字母p和希臘字母π(後者在德語和希臘語中的發音都是“pea”)。當包立說「pea」時,我以為他指的是羅馬字母p(動量),但他其實指的是π這個數字。我用我不太流利的德語,說了句:「這是胡說八道!」(Aber das ist Unsinn!)
沒有人敢這麼對包立說話。他轉過來說,「嗯……這是胡說嗎?」不知怎麼的,我竟然先開了第一槍!但你知道嗎,我當時對他與人交談的方式很生氣,直到我發現他對每個人都一樣——他對波爾也這麼說話。這就是包立的性格,他的為人就是這樣。
有一種叫做包立效應的說法,意思是包立去到哪裡,哪裡就會發生災難。不是包立自己,而是其他人。包立曾經去過漢堡的天文台。天文學家與他交談後,忘記了他們正在做什麼,結果望遠鏡撞到了穹頂。這類事情就跟包立有關。
我在萊比錫的物理學會會議上看過一個最著名的包立效應的例子。當時有來自美國的消息,說是發明了有聲電影,一位當地的教授(我忘了他叫什麼)要進行展示。設備已經安裝好,當助理一按開關……砰!砰!砰!的聲音從喇叭裡冒出來,然後便開始冒煙。包立當場氣得不行,他大喊:「我的效應!」然後他們換了一個放映機,結果還是發生同樣的事情。接著,他們在樓上的一個陽台上安裝了第三個放映機,那裡本來應該是音樂的地方,結果那台放映機正常運作,這顯示了距離和包立效應之間的關係。
但真正的解釋是由保羅·埃倫費斯特給出的。你想,包立出生於1900年,也就是20世紀初,這恰恰是一個例證,顯示了禍不單行。20世紀確實是個可怕的世紀。在包立的情況下,倒楣的事永遠不會單獨出現。
德瑞·約克(Derek York): 您知道索末菲為什麼沒獲得諾貝爾獎的原因嗎?如果知道,有什麼內幕故事嗎?
拉比:我沒聽過什麼內幕故事,我也不認為如果由他得獎,會有人反對。但你必須記住,諾貝爾獎是由瑞典學院的委員會頒發的,他們有自己的特殊性。你知道,25年前曾經有一本書討論過各種諾貝爾獎的頒發,書中提到了很多事情,比如為什麼德米崔·門得列夫沒有得到諾貝爾獎。書中指出了瑞典學院的委員會所犯的錯誤。他們也是非常人性化的。
當諾貝爾獎設立時,獎項的頒發由瑞典皇家學院負責,他們對自己是否能做出這些判斷非常懷疑。他們覺得自己沒有足夠的成員具備足夠的知識和成熟度來做出正確的判斷。我必須說,早期他們的判斷確實很糟糕。但他們頒給了艾伯特·邁克爾森,還給了彼得·齊曼。他們的確要從非常多優秀的候選人中選擇,我想這就是為什麼諾貝爾獎名聲遠播的原因。此外,諾貝爾獎由國王和王后以皇家禮儀頒發。所有諾貝爾獎得主都可以用人人稱羨的方式生活幾天。
范·克拉寧頓:好吧,也許我們該在這個問題上作結。讓我們一起感謝拉比教授的拜訪和演講,並送上我們最好的祝福。
另一種觀點
我還學到一件事,在一句話中便蘊含了大量的人類學意涵。有一次,我曾經跟奧托·斯特恩的助手弗里茨·勞爾(Fritz Knauer)說,在我的國家,你可以自由旅行,無需向警察登記。他聽後感到非常震驚,對我說:「你是說你在美國是死是活沒有人在乎嗎?」
這句話聽起來可能很奇怪,但它展示了另一種觀點。我覺得向警察登記是一種令人困擾的事,而對他來說,這卻是很重要的保障。要在像美國這樣的民主國家生活,的確需要很多訓練。某些來到美國的人,例如俄羅斯難民,他們也會震驚地發現,原來他們必須自己去找工作。
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參考文獻
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本文感謝Physics Today (American Institute of Physics) 同意物理雙月刊進行中文翻譯並授權刊登。原文刊登並收錄於Physics Today, Jan. 2025雜誌內 (DOI:10.1063/pt.whpz.uvcq )。原文作者:Reinhold A. Bertlmann。中文編譯:林祉均。
Physics Bimonthly (The Physics Society of Taiwan) appreciates Physics Today (American Institute of Physics) authorizing Physics Bimonthly to translate and reprint in Mandarin. The article is contributed by Jaco de Swart and was published in (Physics Today, Jan. 2025;DOI:10.1063/pt.whpz.uvcq).The article in Mandarin is translated and edited by J.R Lin.