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8月30日,诺兰新作《奥本海默》,在中国内地上映,电影中提及到了大量的科学家!在他们之中,有逃往美国的天才科学家爱因斯坦,也有量子力学开山祖师爷级别的科学家玻尔和海森堡师徒,本文在不涉及电影核心剧情科学家的具体细节的情况下,为大家展现那个科学大爆炸的激情岁月。
海森堡
在电影剧情中,由美国理论物理学家奥本海默领导的“曼哈顿计划”,对抗德三量子力学科学家海森堡领导的“铀俱乐部计划”。对于喜欢看美剧的观众来说,大家可能更熟悉老白那让人闻风丧胆的代号“海森堡”,以及那句经典的Say my name!
历史中的海森堡生于1901年,德国理论物理学家,量子力学理论的主要先驱之一,是继爱因斯坦之后最有作为的科学家之一。23岁的海森堡创立了矩阵力学,并提出了测不准原理(Uncertainty principle),即粒子位置的不确定性和动量不确定性的乘积,必然大于等于普朗克常数除以4π。
测不准原理并非统计学者因为测量仪器不准确,从而导致无法测准数据,而是不确定性(Uncertainty)。通俗来说,就是不可能同时精确确定一个基本粒子的位置和动量。“氢弹之父”爱德华泰勒的老师就是海森堡,而泰勒的一位博士学生,同样也是我们非常熟悉的一位科学家......
海森堡父亲,是名噪一时的语言学家和东罗马史学家,曾经在慕尼黑大学担任中世纪和现代希腊语教授,成为德国大学系统中唯一研究该领域的教授,海森堡年幼就受到科学的熏陶,对柏拉图哲学特别感兴趣。1932年,海森堡因为创立了量子力学,并运用量子力学发现同素异形氢,海森堡获得了诺贝尔物理奖。
二战时期,海森堡被任命为柏林大学物理学教授、威廉皇家物理所所长,成为德国研制原子弹核武器的领导人,与核裂变的发现者之一哈恩一起研制核反应堆,因为他的一个错误计算的报告,小胡子推迟了研发原子弹的计划,这也相应改变了历史进程。虽然剧情中,海森堡只和奥本海默在早年相遇过,但是在整个曼哈顿计划中,奥本海默一直强调海森堡对原子弹的研究,远远早于他们。
二战结束后,海森堡与同事一道在哥廷根重建了哥廷根大学物理研究所,从事物理学和天文物理学研究,并担任所长,随后该所易名为大名鼎鼎的马普所,海森堡长期担任所长。1957年,他和其他德国科学家联合反对用核武器,还长期担任日内瓦国际原子物理学研究所所长,在促进原子能和平应用上做出了很大贡献,这恰好是奥本海默在战后的理念。1976年,海森堡与世长辞享年74岁。
玻尔
玻尔,全名尼尔斯·玻尔,多次出现在奥本海默的口中的大物理学家,1885年出生于丹麦哥本哈根,1903年进入哥本哈根大学数学和自然科学系,先后获得科学硕士、哲学博士学位,1916年担任哥本哈根大学物理学教授,1920年创建哥本哈根理论物理研究所并任所长,在此后的四十年他一直担任这一职务。
1922年,玻尔因为提出了玻尔原子模型,在卢瑟福模型的基础上,描绘出了完整而令人信服的原子结构学说,获得诺贝尔物理学奖,并将诺贝尔金质奖章捐给了芬兰战争。为了纪念尼尔斯·玻尔,第107号元素命名为(Bohrium)。
1927年,玻尔与学生海森堡,于哥本哈根所创立了著名的哥本哈根学派,对量子力学的创立和发展作出了杰出贡献,哥本哈根学派对量子力学的解释被称为量子力学的“正统解释”。1937年,玻尔短暂来到中国访学,对科学家束星北有很高的赞誉,评价他为中国的爱因斯坦。
1943年,小胡子准备一网打尽逮捕玻尔,随后玻尔先逃到瑞典,再前往美国,参加了和原子弹有关的理论研究,然而在1945年时知道了原子弹的杀伤力后,玻尔产生了与奥本海默类似的情绪,他回到丹麦,此后致力于推动原子能的和平利用。1962年,玻尔因心脏病突发在丹麦的卡尔斯堡寓所逝世,享年77岁。去世前一天,他还在工作室的黑板上画了当年爱因斯坦那个光子盒的草图。
爱因斯坦
爱因斯坦是整部电影中最著名的科学家,同时也是学术界成就和地位公认最高的科学家之一,仅次于牛顿爵士。爱因斯坦与玻尔、奥本海默一样同为犹太裔科学家,1879年出生于德国乌尔姆市的一个犹太人家庭,21岁时进入ETH。
1904年,爱因斯坦由专利局的试用人员转为正式三级技术员,次年发表“量子论”,提出光量子假说,解决了光电效应问题,随后获得博士学位,独立而完整地提出狭义相对性原理,开创物理学的新纪元,1905这一年因此被称为“爱因斯坦奇迹年”。
1906年,爱因斯坦晋升为专利局二级技术员,1907年升职为专利局一级技术员,1908年,爱因斯坦兼任伯尔尼大学编外讲师。1913年,爱因斯坦重返德国,任柏林威廉皇帝物理研究所长和柏林洪堡大学教授,并当选为普鲁士科学院院士。
1915年11月,爱因斯坦提出广义相对论引力方程的完整形式,并在21年因为光电效应研究而获得诺贝尔物理学奖,他的研究推动了量子力学的发展。期间还有个小插曲,爱因斯坦在22年底从日本到上海的途中,通过电报知道自己被授予1921年诺贝尔物理学奖。1932年,爱因斯坦借口访问美国,此后一去不回,1939年,爱因斯坦在利奥·西拉德等人的协助下致信罗斯福,这封信此后促成了美国曼哈顿计划的启动,也就有了奥本海默之后领导科学家们的故事。
在整部电影中,还有一条持续多年爱因斯坦与哥本哈根学派之争的暗线,不了解这些量子论的背景,就很难读懂科学家们之间的梗。1920年,尼尔斯·玻尔第一次到柏林讲学,与爱因斯坦初次相识,27年玻尔提出了“互补原理”,从此开始了与爱因斯坦持续多年的关于量子力学意义的论战,但互补原理每次都巧妙地反驳了爱因斯坦的反对意见。其中一次争论发生在第六次索尔维会议上,爱因斯坦提出了后来名为爱因斯坦光盒的问题,以求驳倒不确定性原理。尼尔斯·玻尔当时无言以对,但冥思一晚之后发现巧妙的进行了反驳,使得爱因斯坦只得承认不确定性原理是自洽的。多年的争论中,爱因斯坦和玻尔可谓是相爱相杀,他们的学术之争,也是《奥本海默》中修鞋匠政客施特劳斯完全无法理解的境界。
除了爱因斯坦、海森堡、玻尔三位科学家外,还有像费米、费曼、冯诺依曼、冯卡门这样戏份不多,甚至是完全没有涉及到的全才,曼哈顿计划中,电影里核心剧情科学家们也成就惊人,他们之中有“氢弹之父”爱德华·泰勒、“回旋加速器之父”欧内斯特·劳伦斯、“核磁共振之父”艾萨克·拉比、“共振态之父”路易斯·阿尔瓦雷斯、理论物理学家汉斯·贝特和帕特里克··布莱克特,还有像吴健雄这样的华裔女科学家,以及我国两弹一星元勋钱学森,他们也都参与了曼哈顿计划。
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