科學家隨筆

世事難料,「量子力學英雄傳」或許改寫?

林志忠 台灣陽明交通大學電子物理系2026年2月13日51
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英國物理學家狄拉克(Paul Dirac)出生於1902年8月8日,德國物理學家海森堡(Werner Heisenberg)出生於1901年12月5日。第一次世界大戰爆發於1914年7月,發起侵略戰爭的德意志帝國在1918年底被協約國繳械投降。年長狄拉克和海森堡一二年或二三年的(文法)中學同學及學長,有不少人在畢業後或臨近畢業前被徵召或者自願入伍服役,隨後戰死沙場。如果狄拉克和海森堡早生一二年,當時很可能也會被徵召入伍,則量子力學發展史和我們耳熟能詳的「量子力學英雄傳」的故事,很可能改寫。

奧地利物理學家薛丁格(Erwin Schrodinger)出生於1887年8月12日,比海森堡大14歲,比狄拉克大15歲,因此他自第一次世界大戰一爆發,直到戰爭結束的四年間,都受命服役於奧地利砲兵部隊。大戰結束時,他已是一位31歲的「高齡」理論物理學家了。然而,再過將近10年(1926年)之後,「大器晚成」的薛丁格方才提出「波動力學」理論;而約半年多之前(1925年),24歲「英姿勃發」的海森堡〔和玻恩(Max Born, 1882–1970)及Pascual Jordan (1902–1980)〕剛提出了「矩陣力學」理論。隨後不久(1928年),27歲的狄拉克「橫空出世」,建立「相對論量子力學」理論,並預測了反物質的存在。

https://bimonthly.ps-taiwan.org/cms/media/量子英雄_圖片1-1024x1308.jpg圖一、持續半世紀(50年!)親切友情的狄拉克(左)和海森堡合影於1930年代。

在第一次世界大戰期間戰死沙場的年輕物理學家當中,最著名的可能是確認化學元素週期表是依原子序,而依非原子量,排序的英國實驗物理學家莫塞萊(Henry G. J. Moseley, 1887–1915),他與薛丁格同年出生。莫塞萊的陣亡,曾讓他的導師拉塞福(Ernest Rutherford, 1871–1937)極度悲痛與惋惜。有些科學家認為,莫塞萊倘非英年早逝,很可能不出幾年即能贏得諾貝爾物理或化學獎。另外,做出〈驗證電子繞涉及波長:戴維森—革末實驗〉(《物理》2024年12期)的年輕美國物理學家革末(Lester Germer, 1896–1971),也曾參與第一次世界大戰,並成為人類戰爭史上的第一代戰鬥機飛行員。革末幸運地存活了下來,並成功做出上述劃時代的量子力學史上的關鍵實驗之一,驗證德布羅意電子波長,見林志忠〈悟裡小言:一戰中的兩位年輕物理學家〉(《物理》2024年11期)。

https://bimonthly.ps-taiwan.org/cms/media/量子英雄_圖片2-1024x845.jpg圖二、狄拉克、海森堡,和薛丁格(右)於1933年12月前往瑞典領取諾貝爾物理學獎時,三人在斯德哥爾摩火車站合影。(圖片取自網路)

世事難料,禍福相倚。海森堡和狄拉克兩人之所以「少年老成」,能夠在20多歲時就寫出革命性的(相對論)量子力學理論,除了個人天賦因素之外,部分原因在於戰爭期間學校無法正常運轉,時常停課,因此他們得以自行超前學習,而無須受制於學校課程的標準進度與反覆練習寫作規定的作業。還有非常關鍵的一點是,他們的自學,有優秀中學老師的適度指引以及學校圖書館收藏的開放閱覽。所以,一旦戰爭結束後進入大學和研究所就讀,接受紮實專業教育,加上適格、識才的一流教授的呵護與點撥,他們的學術準備根基和嗅覺,很快地就達到足以直接切入和解索當時主流研究課題的前沿層次了。

(2025.12.16)