黑尔戈兰：量子力学灵感的发生地

日落时分，黑尔戈兰岛海边的悬崖。图源：Unsplash

从哥廷根继续向北，铁路两旁是森林、牧场与田园交替的自然风光。当年的量子青年大都从德国内地沿着这条路线到汉堡，再登船渡过北海前往丹麦的哥本哈根。1925年的6月初，海森堡又一次从哥廷根出发走上这条路，目的地却是北海中间的一座小岛：黑尔戈兰。

那是一方“圣地”，即“黑尔戈兰”（Helgoland）的古北欧语含义（Holyland）。

不过对海森堡而言，黑尔戈兰之“圣”与神无关，只在于岛上没有花粉。他在那个春夏之交的哥廷根饱受花粉过敏之苦，整个脸部浮肿变形。岛上清新洁净的海风是最合适的灵丹妙药。在岛上逗留的十来天里，他独自四处游逛，朗读背诵歌德的诗篇，当然也思考已经困扰他好几年的量子疑问。随着症状的消退，他的思路日益明朗，终于在一个夜晚意识到必须抛弃电子有位置和速度的传统运动理念，为物理学构造一套崭新的描述和运算体系。凌晨三点钟时，兴奋得无法入睡的海森堡爬上岸边一块凌空大石头等待日出。他想不清楚自己发现了什么，只知道“事情已经发生了”[1][2]。

这个活生生的场景出自海森堡后来的回忆，并不十分可靠。但他所谓的“事情”确实在整整一世纪前的黑尔戈兰岛上发生，或严格来说开始发生。海森堡革命性的灵感切中要害，短短几个月内由玻恩和约旦在哥廷根催产、助生而成量子力学[3]。那是人类认识自然的一次不寻常的巨大飞跃。

一百年后的黑尔戈兰岛上很难找到一块如他叙述伸出海面的大石头，但有一块纪念彼时彼人的石碑。碑文略嫌冗长，大意是“1925年6月，23岁的海森堡在黑尔戈兰岛取得量子力学的突破。量子力学是原子自然规律的基本理论，对人类思想影响超越物理学范畴。”

黑尔戈兰岛上的海森堡纪念石碑

黑尔戈兰岛相当小，面积计有4.21平方千米。整个岛几乎都坐落在高于海平面五、六十米的“高地”上，四周全是陡峭的悬崖。只有极小一部分位于海平面的“低地”，正好用作港口和生活区域。从港口拾级而上，可达高地上的环岛步道。海森堡的纪念石碑竖立在步道起始点的一个小山顶，相当引人注目。他那时应该居住在港口附近，石碑地点也许接近他半夜出门的攀登之处。

环岛步道沿途设着一些介绍当地历史和自然景观的标志牌。海森堡纪念石碑旁也有一个，主要内容是他自己的语句。

海森堡纪念石碑旁的介绍牌

登上黑尔戈兰岛，目光所及却是绿油油的植被和八月初依然茂盛的野花。即便在海森堡纪念石碑四周也是如此。居民的后院里更是万紫千红争奇斗艳，不像是逃避花粉的圣地。

黑尔戈兰岛的植被和野花

然而仔细观察也会发现岛上没有像样的树，只生长些不足一人高的灌木。旅游指南说黑尔戈兰岛今天依然是花粉过敏者的庇护所。博物馆里的员工解释说岛上会有花粉，但数量微乎其微，存在的时间也非常短。

海森堡当年登上也不是今天的黑尔戈兰。这个小岛在历史上曾几度易手，先后属于丹麦、英国和德国。大炮出现后，黑尔戈兰岛扼守北海航道的战略重要性凸显。德国军队在岛上构筑要塞工事和复杂的地道，当地居民每逢战争都被迫迁离。海森堡的黑尔戈兰岛还是第一次世界大战后的满目苍夷，可能真的接近于寸草不生的光秃秃。那时只有个别废弃的军营权作客房，没有今日姹紫嫣红的花园。

在海森堡登岛之后的第二次世界大战期间和之后，黑尔戈兰再遭浩劫。英国军队占领这个北海要塞后将之用作飞机投弹的练习靶地，在高地上留下无数的圆形弹坑。

黑尔戈兰岛上的旧弹坑

1947年，港口附近的潜水艇基地被英国军人爆破炸毁，形成一个巨大的弹坑，在高地和低地之间人造出一小片“中地”。

黑尔戈兰岛港口和背后的高地远眺。左中的缺口为爆破而成的“中地”

一个世纪后，黑尔戈兰岛已经蜕变为现代设施齐全的度假胜地，拥有一千三百多常住人口。岛上有发电厂、淡水厂、学校、体育馆等等，还设有多个健康和鸟类研究机构。海森堡的量子力学灵光一现只是该岛历史中不那么引人注意的一霎。假如没有他的过敏和躲避选择，这篇游记应该归类于“漫步自然”或“漫步人文”而非“漫步科学”。

黑尔戈兰的环岛步道不足四千米长，可在一两小时内走完。步道沿着岛的周遭蜿蜒，一边是临海的峭壁，一边是弹坑遍布的草地。在距离港口最远的西北角有一根约47米高、与海岛峭壁完全分离的大石柱，构成该岛的地标“长安娜”（Lange Anna）。

黑尔戈兰岛的峭壁和“长安娜”石柱（左下）

长安娜之上和附近的峭壁都是海鸟筑巢交配繁殖的乐园。游人可以几乎零距离观赏不同种类的海鸟——只要不介意经常会从天而降的鸟粪攻击。

黑尔戈兰岛上的海鸟

从环岛步道上容易看到黑尔戈兰并不孤单，近旁还另有一个岛。那是当地人口中的“沙丘”（Dune），面积只有0.7平方千米。两个岛本为一体，只在三百多年前的一场风暴中失去相连的陆地。两岛之间有渡船往返，送游客赴沙丘享受真正的世外之地。小岛没有人居住，名副其实地由沙堆积而成。连绵的白沙滩上很少见到人影。比较特别的是岛上还有大片的鹅卵石海滩。潮水拍岸时，石块不间断地发出清脆悦耳的连环叮玲声响。

沙丘岛上的白沙滩和鹅卵石海滩

这里的鹅卵石大小、形状和颜色各异，表面带有各式各样的图案。有些石块酷似鲸鱼或螃蟹，由当地青少年收集作为纪念品摆摊出售。外来的孩子也会在这里发现一个寻宝天堂。

与黑尔戈兰的海鸟对应，沙丘小岛岸上和海水里经常有海豹、海狸等出没。它们大都与世无争躺平摆烂，偶尔也会即兴为游人表演一番。

现代快艇从汉堡去黑尔戈兰岛单程需要三个多小时，其中约两个小时是在易北河里驶向出海口。真正在海上的航行时间不足一小时。然而北海以气候恶劣著名，航班经常因风浪过大取消。这次朝圣之旅也曾被迫推迟一天等待好天气。

两个月前，在量子力学一百周年的2025年6月，几百位来自世界各地的特邀量子力学专家曾在汉堡召开讨论会，其中有几天的会期设在黑尔戈兰岛。专家们重踏海森堡足迹，就量子力学基础问题和未来各抒己见。他们还是如百年前般众说纷纭莫衷一是。黑尔戈兰岛这方圣地是否已经赋予他们之中某位新的灵感，人们尚且拭目以待。

来源：赛先生

编辑：yhc

转载内容仅代表作者观点

不代表中科院物理所立场

如需转载请联系原公众号