【點睛】
第二次科學(xué)革命讓人類的理性幾乎覆蓋了整個宇宙，同時也讓我們開始面對此前根本無法想象的未知。詳情請見今日[封面故事]。（封面圖：1905年，愛因斯坦在瑞士伯爾尼專利局）
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三聯(lián)生活周刊手機報
2022年3月3日
星期四
農(nóng)歷二月初一
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【本期導(dǎo)讀】
封面故事：
[理性所及之處（下）]
>>從量子理論到相對論
>>從原子核到星辰
>>令人迷惑的量子與活躍的時空
>>戰(zhàn)爭與科學(xué)的糾纏
>>更廣闊的未知
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【封面故事】
[理性所及之處（下）]
◎苗千
>>從量子理論到相對論
回顧第二次科學(xué)革命的第一個十年，會發(fā)現(xiàn)它絕算不上轟轟烈烈。一些關(guān)鍵性的突破在當(dāng)時并沒有引起太多人的重視。而在這十年之中的兩位主角，其中最初提出量子概念的普朗克終生都對這個概念持有保守謹(jǐn)慎的態(tài)度，不愿向前走得太遠(yuǎn)，注定無法成為這場激進(jìn)革命的領(lǐng)袖人物。愛因斯坦也沒有在量子革命中走得太遠(yuǎn)，他雖然對量子革命有著開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)，但在內(nèi)心里，他又對由量子理念所得出的一整套數(shù)學(xué)概念和世界觀有深深的抵觸。他由此留下了一句名言：“上帝不是在擲骰子?！绷硪环矫妫瑦垡蛩固沟奶觳藕妥⒁饬芸炀碗x開量子領(lǐng)域而轉(zhuǎn)向了另一個人跡罕至，卻更加深邃且重要的領(lǐng)域：廣義相對論。
相對論的發(fā)表并沒有讓愛因斯坦在伯爾尼專利局獲得升職，“文章發(fā)表之后是一片寂靜”。少有的知音來自柏林。普朗克深深地意識到這篇論文的價值，并且由此和愛因斯坦產(chǎn)生了維持一生的深厚友誼。1907年，普朗克在給愛因斯坦的信中說，他們或許可以用一種廣泛的理論“統(tǒng)一所有的自然力量”。雖然當(dāng)時他們只了解到四種基本相互作用之中的兩種（引力和電磁力），但是已經(jīng)萌發(fā)出了建立一種大統(tǒng)一理論的想法，這種想法至今仍然在指導(dǎo)物理學(xué)的進(jìn)步。
當(dāng)時學(xué)術(shù)界的“一片寂靜”，很可能也是因為在當(dāng)時，物理學(xué)界只包含很少一部分人，遠(yuǎn)沒有現(xiàn)代學(xué)術(shù)界的擁擠和熱鬧。根據(jù)估計，在1900年，大約只有1500名物理學(xué)家。當(dāng)時德國物理學(xué)會只有350名成員，美國物理學(xué)會只有不到100人。90年之后，這兩個數(shù)字分別變?yōu)?.5萬人和4萬人。雖然人數(shù)尚少，我們也要注意到，從19世紀(jì)最后十年開始，利用一種特殊的方式進(jìn)行研究的物理學(xué)家已經(jīng)出現(xiàn)，這就是理論物理學(xué)家。
從研究方法上來看，理論物理學(xué)可以算是對牛頓時代以來科學(xué)家們一直使用的研究方法的一種“反向操作”。在牛頓所處的17世紀(jì)，測量時間和距離的誤差都很大，想要進(jìn)行精密觀測，最好的研究對象就是天空中天體的運行軌跡?？梢哉f，牛頓萬有引力學(xué)說的建立在很大程度上依靠的是多年來天文學(xué)觀測所積累的數(shù)據(jù)。
牛頓本人也是一個英國經(jīng)驗主義的踐行者：科學(xué)家進(jìn)行實驗，記錄實驗結(jié)果，尋找其中的數(shù)學(xué)規(guī)律，而后做進(jìn)一步的實驗，形成理論，然后發(fā)展出更為復(fù)雜的實驗對其進(jìn)行驗證……這種把數(shù)學(xué)作為表達(dá)方式，以實驗和理論猜想相結(jié)合的科學(xué)研究方法，200多年來已經(jīng)成為科學(xué)發(fā)展的一個范式。問題在于，當(dāng)科學(xué)發(fā)展已經(jīng)超出了實驗所能驗證的范圍，或是理論本身超出了科學(xué)家自身對于實驗的想象力，又該如何是好？理論物理學(xué)正是為了應(yīng)對這種情況而產(chǎn)生的。
所謂理論物理學(xué)家，指的是主要通過數(shù)學(xué)本身作為研究工具，對物理學(xué)進(jìn)行拓展的物理學(xué)家。理論物理學(xué)家以數(shù)學(xué)本身為指引，在工作中可以最大限度地擺脫對實驗的依賴，依靠數(shù)學(xué)和想象力進(jìn)行工作。在這種情況下，數(shù)學(xué)自身的規(guī)律，甚至是它的“美感”，都可能成為理論物理學(xué)家靈感的來源。當(dāng)然，在這個基礎(chǔ)上得出的任何結(jié)果，仍然需要實驗驗證作為最終的裁決。
愛因斯坦正是理論物理學(xué)家中最杰出的代表。在1905年發(fā)表了相對論之后，他馬上意識到了這個理論雖然在根本上推翻了牛頓所創(chuàng)造的“絕對時間”和“絕對空間”的概念，揭示了時空的一些特性，但是仍然有明顯的局限性。盡管當(dāng)時量子理論充滿誘惑，但是愛因斯坦仍然對自己從少年時期就苦苦思索的有關(guān)時空本質(zhì)的問題更加感興趣。他需要的是一個思想上的契機，對自己的時空理論進(jìn)行完善。
靈感出現(xiàn)在1907年11月。愛因斯坦后來回憶道：“我坐在伯爾尼專利局的椅子上，忽然產(chǎn)生了一個想法，人在自由下落時是感覺不到自己的重量的?！边@個令他感到震驚的想法“迫使他走向一種引力理論”。后來，愛因斯坦將其稱為“自己一生中最幸福的思想”。
這種想法之所以成為拓展相對論的一個契機，讓愛因斯坦感到震驚，究其根本是因為它揭示了一個深刻的現(xiàn)象：引力效應(yīng)和加速效應(yīng)是等價的。也就是說，有可能找到一種數(shù)學(xué)方法來描述這種等價，從而形成一個完善的理論把引力效應(yīng)囊括其中。靈感與成果之間的距離仍然遙遠(yuǎn)。愛因斯坦還要經(jīng)歷漫長的學(xué)習(xí)過程，歷經(jīng)錯誤、遺憾以及巧合，最終才能得出理想結(jié)果。
>>從原子核到星辰

讓我們來到20世紀(jì)的第二個十年。兩位物理學(xué)家的相遇，兩個場景的轉(zhuǎn)換，標(biāo)志著這場物理學(xué)革命到達(dá)了一個高潮。人類分別在極小和極大尺度上理解了自然界更深刻的規(guī)律，一套更為廣闊的物理學(xué)體系即將被建立起來——它不僅將為人類揭示出一個前所未有、光怪陸離的宇宙，還將為人類展示更多的未知。
1911年，在劍橋大學(xué)的足球場上，一個司職守門員位置的年輕人高接低擋，身手不凡，卻顯得并不開心。這個名叫尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）的青年來自丹麥，他剛剛獲得了博士學(xué)位，拿到了一筆獎學(xué)金，渡海來到英國，想要跟隨劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室大名鼎鼎的物理學(xué)家約瑟夫·湯姆孫（J.J.Thomson）進(jìn)行博士后研究。但是為人冷淡的湯姆孫對這個來自丹麥的年輕人并不太欣賞，兩人一直沒有太多交流。出身學(xué)術(shù)世家，頗有足球和物理學(xué)天賦的玻爾在學(xué)術(shù)上并沒有得到發(fā)揮的機會，只能在球場上大展身手。劍橋大學(xué)是學(xué)術(shù)重鎮(zhèn)，他一時舍不得離開，也不知道一旦決定離開又該去往哪里。
1913年夏天，兩位大名鼎鼎的物理學(xué)家——普朗克與沃爾特·能斯特（Walther Nernst）乘著火車，風(fēng)塵仆仆地從柏林趕到了蘇黎世。他們要和34歲的愛因斯坦見面，為他提供一份誘人的工作機會。他們?yōu)閻垡蛩固乖诎亓衷O(shè)置了一個職位，無需承擔(dān)任何教學(xué)工作，唯一的職責(zé)就是進(jìn)行自己的研究，年薪為1.2萬德國馬克，是柏林所有教授中最高的。
作為德國物理學(xué)界的旗幟，普朗克再也無法忽視愛因斯坦的天才。盡管在他發(fā)表了狹義相對論之后，一時并沒有太多回應(yīng)，愛因斯坦仍然留在伯爾尼專利局工作，但是到了1909年，愛因斯坦還是接受了第一份來自學(xué)術(shù)界的職位，成為了蘇黎世大學(xué)的副教授，隨后他轉(zhuǎn)赴布拉格查理大學(xué)任職，在1912年轉(zhuǎn)而又回到蘇黎世。此時愛因斯坦已經(jīng)深深陷入自己關(guān)于引力和時空關(guān)系的想法之中，迫切需要一個安靜的環(huán)境全力以赴。普朗克和能斯特專程為他而來，提出的工作機會也不可謂不誘人。但愛因斯坦或許是因為對德國的沉悶氣氛有一種本能的抗拒，或許是早年間求職時屢遭學(xué)術(shù)界拒絕的經(jīng)歷反而讓他有些遲疑。他沒有直接回應(yīng)普朗克和能斯特的邀請，而是請這兩人偕妻子在蘇黎世游覽，還特別提到請他們乘纜車游覽山景，他會在纜車站臺上迎接他們并給予答復(fù)。愛因斯坦說那時他手里會拿著一朵玫瑰花，若花是白色的，意味著答案是“不”，若花是紅色的，就表示接受。
到了1911年底，玻爾終于決定離開劍橋，轉(zhuǎn)投在曼徹斯特進(jìn)行原子核研究的歐內(nèi)斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford）。從原子結(jié)構(gòu)研究的歷程來看，湯姆孫和盧瑟福之間恰好形成了一種承上啟下的關(guān)系。這次從劍橋到曼徹斯特的轉(zhuǎn)移，對于玻爾的一生起到了決定性的作用，也令他最終成為揭示原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將量子力學(xué)革命推向高潮的一位宗師級人物。

圖1：1931年，德國柏林施特格利茨中學(xué)的學(xué)生們在上物理課
湯姆孫早在1897年就發(fā)現(xiàn)了一種帶有負(fù)電荷的亞原子粒子——電子?？紤]到原子整體不帶電，電子的質(zhì)量又相對很小，因此湯姆孫構(gòu)想了一種被稱為“梅子布丁模型”的原子結(jié)構(gòu)。在他的構(gòu)想中，帶負(fù)電荷的電子就像是小顆葡萄干一樣散落在整體帶正電荷的圓球形的原子中。這種想法很快就被身在曼徹斯特的盧瑟福打破了。在指導(dǎo)學(xué)生做一個著名的“散射實驗”時，盧瑟福觀察到了一個令他意想不到的結(jié)果，用他自己的描述就是：“這是我一生中最難以置信的事件……如同你用15英寸巨炮朝著一張衛(wèi)生紙射擊，而炮彈卻被反彈回來而打到你自己一般難以置信?！痹趯嶒灥幕A(chǔ)上，盧瑟福提出了一個全新的原子模型：在原子的中心有一個帶正電荷的原子核，在原子核的周圍則是帶負(fù)電荷運行的電子——人們很容易就能發(fā)現(xiàn)，這樣的結(jié)構(gòu)與當(dāng)時人們所熟悉的太陽系中以太陽為中心，眾行星圍繞太陽運轉(zhuǎn)的天體結(jié)構(gòu)非常類似。
問題依然存在。在研究引力問題時，牛頓曾經(jīng)擔(dān)心，因為天體之間的相互吸引，行星可能會最終在太陽的表面墜毀，而之所以沒有發(fā)生這樣可怕的事情，是因為其中有上帝的神力進(jìn)行了干預(yù)，不斷加快行星運行的速度?？茖W(xué)家們通過將近一個世紀(jì)的計算，才發(fā)現(xiàn)整個太陽系是一個穩(wěn)定的系統(tǒng)，它的運轉(zhuǎn)并不需要借助外力干預(yù)。這樣一個天體系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題終于被解決了。
令人無法想象的是，在200多年之后，科學(xué)家們又不得不開始面對一個與之非常類似的問題：人們發(fā)現(xiàn)原子的結(jié)構(gòu)與太陽系非常類似——在人們的想象中，一個個電子圍繞著原子核高速運轉(zhuǎn)，它們之間通過電磁力聯(lián)系，而電子之間則會相互排斥。根據(jù)電磁學(xué)原理，這會導(dǎo)致原子結(jié)構(gòu)非常不穩(wěn)定，電子一方面會向外發(fā)出輻射，另一方面則會因為損失能量而不可避免地向原子核墜落……
見證了前人探索原子核結(jié)構(gòu)過程的玻爾取得了決定性的進(jìn)步。1913年，玻爾相繼在《哲學(xué)雜志》上發(fā)表了三篇論文，后人將之稱為“三部曲”。在這三篇論文中，玻爾將普朗克的量子概念結(jié)合到盧瑟福提出的類似于星系結(jié)構(gòu)的原子模型中，用一種革命性的進(jìn)步方法解決了當(dāng)時困擾物理學(xué)家的難題。人類對于自然界的理解，終于進(jìn)入到原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。原子時代開始了。
1913年的愛因斯坦，最終手持一朵紅色玫瑰在纜車站臺上迎接普朗克和能斯特夫婦。他最終選擇去柏林繼續(xù)研究引力和時空的問題。研究也有了進(jìn)展，愛因斯坦得出了一個結(jié)果，這個結(jié)果預(yù)言了光線在經(jīng)過大質(zhì)量天體時會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。想要驗證這樣的預(yù)測，愛因斯坦需要一次日食。
第一次機會出現(xiàn)在1914年的克里米亞地區(qū)，然而由于“一戰(zhàn)”爆發(fā)，這次對日食的觀測未能如愿。愛因斯坦派去進(jìn)行觀測的三個人背著望遠(yuǎn)鏡和照相機，結(jié)果被俄國士兵當(dāng)作間諜逮捕，錯過了日食——實際上這對愛因斯坦來說是一件好事，因為他當(dāng)時得出的結(jié)果是錯誤的。
>>令人迷惑的量子與活躍的時空
一個新的時代，一群新的物理學(xué)革命者即將登上舞臺，將這場物理學(xué)革命進(jìn)行下去。
將量子概念應(yīng)用到解釋原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的想法最終大獲成功，也讓玻爾接替普朗克，成為這次物理學(xué)革命量子領(lǐng)域的又一位代表性人物。通過“三部曲”論文，玻爾不僅分析了氫原子的結(jié)構(gòu)，解釋了氫原子光譜，還論述了其他原子的結(jié)構(gòu)以及元素周期表。1917年，玻爾回到了祖國丹麥，開始籌建理論物理研究所。這個機構(gòu)迅速匯集了一大批既有想象力又有天賦的青年人，他們希望在玻爾的基礎(chǔ)之上進(jìn)一步發(fā)展量子力學(xué)——后世把這些人，以及受其影響的人統(tǒng)稱為“哥本哈根學(xué)派”。
這些成長在新時代的年輕人絲毫沒有上個世紀(jì)在經(jīng)典力學(xué)影響下產(chǎn)生的陳舊思想，把量子思想、數(shù)學(xué)和想象力結(jié)合在了一起。正是在這樣數(shù)百年一遇的時機中，出現(xiàn)了一些類似于“神啟”一樣的時刻。1925年初，哥本哈根學(xué)派的代表性人物，當(dāng)時只有23歲的維爾納·海森堡（Werner Heisenberg）因為患有嚴(yán)重的花粉熱，遠(yuǎn)赴寸草不生的位于北海上的黑爾戈蘭島休養(yǎng)。他一邊休養(yǎng)一邊思考解決原子結(jié)構(gòu)內(nèi)在諸多問題的方法。多年后他回憶道：“在黑爾戈蘭島，有那么一刻，靈感忽然閃現(xiàn)……已經(jīng)是黑夜了。我費力演算，他們做了驗算。后來我走出去，躺在一塊巖石上，面朝大海?？吹教柹?，我很幸福?！?br>海森堡的發(fā)現(xiàn)被稱為“矩陣力學(xué)”，他用矩陣的形式來表達(dá)量子力學(xué)。這種方式在當(dāng)時大多數(shù)人看來還太過新鮮，感到不習(xí)慣。一年之后，1926年，時年38歲的奧地利物理學(xué)家埃爾溫·薛定諤（Erwin Schr?dinger）用人們更習(xí)慣的方式來表達(dá)量子力學(xué)——“薛定諤方程”由此出現(xiàn)。薛定諤隨后證明，海森堡和他自己所使用的兩種方式在數(shù)學(xué)上等價。

量子力學(xué)的出現(xiàn)是如此突兀，與經(jīng)典力學(xué)是如此地格格不入，因此格外適合想象力豐富的年輕人參與，年長者反而容易顯得思想陳舊，跟不上時代的腳步。到了1926年初，四篇關(guān)于量子力學(xué)的重量級論文出現(xiàn)，來自當(dāng)時的四個無名小卒：沃爾夫?qū)づ堇╓olfgang Pauli）、恩里科·費米（Enrico Fermi）、海森堡和保羅·狄拉克（Paul Dirac），其中最年長的泡利當(dāng)時也才25歲——這四個年輕人日后都成為了學(xué)術(shù)大師，但當(dāng)時德國人將量子力學(xué)形容為“小男孩物理學(xué)”。
量子理論顯得如此怪誕，又是如此地有力量。有些科學(xué)家因為無法接受量子思想的內(nèi)在邏輯而逐漸與之分道揚鑣，其中最為著名的就是薛定諤和愛因斯坦。薛定諤雖然發(fā)現(xiàn)了量子力學(xué)最基礎(chǔ)的方程“薛定諤方程”，卻對自己的工作并不滿意，認(rèn)為自己不應(yīng)該提出一個莫名其妙的“波函數(shù)”概念。愛因斯坦更是堅信在量子力學(xué)光怪陸離的表象之下，必定還有更為堅實的物理學(xué)基礎(chǔ)，他堅稱“上帝不是在擲骰子”。
正是在愛因斯坦和薛定諤討論量子力學(xué)的內(nèi)在缺點時，兩人把量子力學(xué)中“同時處于兩種狀態(tài)”的所謂“量子疊加態(tài)”與現(xiàn)實生活中宏觀物體的生命狀態(tài)聯(lián)系在一起，創(chuàng)造了著名的“薛定諤的貓”悖論。關(guān)于一只貓究竟是否能像一個微觀粒子一樣同時呈現(xiàn)出又死又活的兩種狀態(tài)的疊加，至今人們?nèi)匀粻幷摬灰眩@也顯示出人們?nèi)匀粚α孔恿W(xué)以及生命的本質(zhì)缺乏理解。
盡管有年老的科學(xué)家退出，但量子力學(xué)卻仍然突飛猛進(jìn)。正像普朗克所說：“新的科學(xué)真理的取勝，不是靠說服對手，令他們看到光明，而是因為它的反對者最終都將死去，而熟悉它的新一代隨之成長起來?！边@句話如今被稱為“普朗克法則”（Planck’s Principle）。
年長的摯友普朗克曾經(jīng)勸告愛因斯坦不要進(jìn)行廣義相對論的研究，因為“第一，你不會成功；第二，即使你成功了，人們也不會相信你”。愛因斯坦卻不顧普朗克的好言相勸，埋頭于他“終生最偉大的研究”。經(jīng)過8年的卓絕奮斗，愛因斯坦最終取得了成功。從一個思想實驗開始，在好友格羅斯曼的幫助下，愛因斯坦通過幾何語言得出了描述整個時空運動規(guī)律的相對論。人們習(xí)慣于把之前只能應(yīng)用于慣性系的相對論稱為狹義相對論，而把后來有著更廣泛應(yīng)用的版本稱為廣義相對論。
1915年11月，愛因斯坦在普魯士科學(xué)院做演講，報告了自己的成果。這標(biāo)志著人類文明史上最優(yōu)美，也最深刻的思想成果之一——廣義相對論的誕生。愛因斯坦和他的理論在社會意義上的成功則要等到1919年。在第一次世界大戰(zhàn)剛剛結(jié)束之后，英國數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家亞瑟·愛丁頓（Arthur Eddington）為了通過觀測又一次日食現(xiàn)象來驗證廣義相對論，率隊前往西非普林西比島。為了確保觀測成功，同時還有另外一支隊伍前往巴西。
根據(jù)廣義相對論，光線在經(jīng)過一些大質(zhì)量的天體，例如太陽時，會發(fā)生些微偏轉(zhuǎn)；實際上，根據(jù)經(jīng)典的牛頓力學(xué)計算，光線在經(jīng)過太陽時同樣會發(fā)生偏轉(zhuǎn)——但是兩個理論計算所得出的偏轉(zhuǎn)角度并不相同。愛丁頓正是要借助日食現(xiàn)象，確定哪一種理論的預(yù)測才是正確的。時至今日，如果我們分析愛丁頓當(dāng)年取得的觀測結(jié)果，會發(fā)現(xiàn)考慮到誤差，他的觀測結(jié)果實際上是在牛頓理論和愛因斯坦的理論之間。但是因為愛丁頓早已在心里確信廣義相對論的正確性，因此他當(dāng)時毫不猶豫地向全世界宣布了廣義相對論的勝利。
1919年，第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束不久，一個英國人不辭勞苦去驗證一個德國人的科學(xué)理論，這件事本身就有著重要的象征意義。而廣義相對論在經(jīng)過了第一次的驗證之后，它的力量才開始逐漸顯露出來?？梢哉f，人類歷史上沒有哪一種理論可以如此深刻地改變?nèi)祟悓τ谡麄€宇宙的認(rèn)知，也沒有哪一種理論成為了人類探索整個宇宙形態(tài)的基礎(chǔ)工具。宇宙以一種前所未有的神秘、怪誕且未知的形象展示在人類面前。在廣義相對論的描述中，時空本身生動了起來。就像物理學(xué)家約翰·惠勒（John Wheeler）所說的，“時空告訴物質(zhì)如何運動，物質(zhì)告訴時空如何彎曲”。
沒有廣義相對論，就沒有宇宙學(xué)的誕生。從此之后，黑洞、星系、宇宙大爆炸、引力波等宇宙學(xué)概念，逐漸成為了人們司空見慣的名詞。要知道，在廣義相對論誕生之前，人類對此還一無所知。人類可能永遠(yuǎn)無法離開太陽系，但是人類的理性已經(jīng)借助廣義相對論的力量，回溯到了宇宙誕生之初，也到達(dá)了百億光年之外。
>>戰(zhàn)爭與科學(xué)的糾纏
這次起始于20世紀(jì)初期，以德國為中心的第二次科學(xué)革命，一個鮮明的特點就是其發(fā)源的時間和地點，都與20世紀(jì)兩次慘絕人寰的世界大戰(zhàn)有很大的重合之處。戰(zhàn)爭與科學(xué)前所未有地緊密結(jié)合在一起?？茖W(xué)技術(shù)成為了戰(zhàn)爭中強有力的助燃劑，科學(xué)的發(fā)展對戰(zhàn)爭的走勢也起著決定性作用。而無數(shù)心懷理想的科學(xué)青年和科學(xué)家們，則不幸地以各種形式被卷入戰(zhàn)爭之中。他們有的淪為戰(zhàn)爭的犧牲品，有的拋棄家園逃離戰(zhàn)爭中心，有的則成為了罪惡的幫兇。

讓我們看看戰(zhàn)爭對科學(xué)和科學(xué)家們都做了些什么：量子力學(xué)的開創(chuàng)者和領(lǐng)軍人物普朗克，其長子于1916年死于戰(zhàn)爭，次子則在戰(zhàn)俘營中度過了兩年——活過了第一次世界大戰(zhàn)的次子埃爾溫·普朗克最終因為被卷入刺殺希特勒的密謀而在1945年被殺害。
作為一名愛國者，直到“二戰(zhàn)”末期，英國皇家空軍的轟炸已經(jīng)摧毀了他在柏林旺根海姆街21號的家園，普朗克依然堅持向公眾做科學(xué)演講，希望為后納粹時代的德國保留科學(xué)的種子。這位品德正直的科學(xué)家不得不在很長一段時間里屈從于納粹：他做過贊揚希特勒的演講，行過納粹禮，也曾經(jīng)對驅(qū)逐猶太學(xué)生、解雇他的猶太裔同事的命令一一照辦；另一方面，普朗克也曾盡力幫助猶太裔同事逃離納粹的魔爪……這位在政治上軟弱的科學(xué)家，崇高的名譽最終被他的祖國所玷污。
猶太裔德國科學(xué)家弗里茨·哈珀（Fritz Haber）在第一次世界大戰(zhàn)期間發(fā)明了毒氣，造成了近百萬人的死亡。哈珀的妻子克拉拉·伊梅瓦爾博士因為不忍眼見丈夫作惡，在他面前手持他的手槍飲彈自盡。最終哈珀也因為自己猶太裔的身份受到迫害，不得不逃離德國。
在第一次世界大戰(zhàn)的戰(zhàn)場上，當(dāng)時年齡已過40歲的德國物理學(xué)家卡爾·史瓦西（Karl Schwarzschild）自愿參軍。在戰(zhàn)場前線，他一邊計算炮彈軌跡，一邊對愛因斯坦剛剛發(fā)表的廣義相對論感到激動不已，得出了愛因斯坦方程第一個，也是最重要的一個精確解。而他因為在戰(zhàn)場上感染病毒，于1916年病逝。
以愛因斯坦為首的眾多猶太裔物理學(xué)家逃離德國，隨后這個第二次科學(xué)革命的中心隨著納粹的覆滅而被徹底摧毀。曾經(jīng)的天才少年、量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一維爾納·海森堡一度投身納粹。1941年，海森堡曾以納粹占領(lǐng)軍的身份前往哥本哈根會見自己的恩師玻爾。身份已經(jīng)完全轉(zhuǎn)變的兩個人究竟都談了些什么？是否涉及開發(fā)原子彈？海森堡在內(nèi)心里是否真的支持納粹？這些問題不會再有明確的答案，而后世根據(jù)這個事件，基于想象創(chuàng)作的話劇《哥本哈根》則已成經(jīng)典。雖然在戰(zhàn)后，海森堡聲稱自己是故意做錯了計算，讓納粹無法開發(fā)出原子彈，但這樣的聲明卻無法令人信服，他最終鋃鐺入獄。
做出某個重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)、促進(jìn)科學(xué)進(jìn)步的步伐也與戰(zhàn)爭的進(jìn)程有著千絲萬縷的聯(lián)系。被稱為最后一個全才的意大利物理學(xué)家恩里科·費米，一生做出了眾多發(fā)現(xiàn)，也曾經(jīng)是意大利物理學(xué)研究的一面旗幟。但在進(jìn)行原子核實驗時，因為實驗設(shè)計等因素，費米居然沒能發(fā)現(xiàn)原子核裂變這樣重要的自然現(xiàn)象。最終，從德國逃到瑞典的猶太裔科學(xué)家莉澤·邁特納（Lise Meitner）和奧托·弗里施（Otto Frisch）通過分析同事的實驗結(jié)果，在1938年發(fā)現(xiàn)了核裂變現(xiàn)象。事后得知此事的費米懊惱不已，引為自己一生中最大的遺憾。但是站在歷史的高度，我們不禁會想，如果費米在1935年就在意大利發(fā)現(xiàn)了核裂變現(xiàn)象，那么納粹很可能在開發(fā)原子彈的進(jìn)程中領(lǐng)先盟國，戰(zhàn)爭完全可能會出現(xiàn)另一種結(jié)局。
>>更廣闊的未知
現(xiàn)代人可能難以想象的是，在100多年前，量子理論、狹義相對論這些基礎(chǔ)科學(xué)理論都是在連電燈都沒有普及的情況下被發(fā)現(xiàn)的。如今我們只需要拿起一部智能手機，就能夠發(fā)現(xiàn)這次科學(xué)革命對現(xiàn)代生活的決定性影響：手機的設(shè)計和制造依賴計算機和半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，就連人們離不開的定位系統(tǒng)也需要根據(jù)接收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，利用廣義相對論進(jìn)行計算才能得出正確位置。如今以馬克斯·普朗克命名的衛(wèi)星正在宇宙空間中探測宇宙剛剛誕生時留下的信息，繪制最為精密的宇宙地圖……
談及開始于20世紀(jì)初的第二次科學(xué)革命，它對現(xiàn)代生活的塑造固然重要，但是更為深遠(yuǎn)的影響則在于，它向人類展示了更廣闊的未知——這些未知，正是人類理性至今所未及之處。
20世紀(jì)70年代，在美國加州大學(xué)伯克利分校的一間教室里，兩個物理學(xué)專業(yè)的研究生伊麗莎白·勞瑟（Elizabeth Rauscher）和喬治·韋斯曼（George Weismann）常常展開激烈的辯論。久而久之，越來越多的人加入到這場辯論中來。從1975年5月開始，每周五下午4點，這群人通常會在伯克利理論物理研究所的一間教室里辯論到深夜。而他們所辯論的，都是涉及物理學(xué)基礎(chǔ)的一些問題——量子力學(xué)的哲學(xué)基礎(chǔ)是什么？它究竟能不能代表客觀實際？究竟該如何理解“薛定諤的貓”？人類意識的本質(zhì)是什么？……后來人們習(xí)慣于把這群人稱為“基礎(chǔ)物理學(xué)小組”（Fundamental Fysiks Group）。
想象基礎(chǔ)物理學(xué)小組在當(dāng)時展開辯論的場景，與70年之前的物理學(xué)革命中的前輩人物進(jìn)行辯論的場景可能非常相似——幾個滿懷研究物理學(xué)熱情的年輕人聚在一起，激烈表達(dá)著自己的思想。真理越辯越明。他們也結(jié)成好友，相互支持，最終成就彼此的科學(xué)事業(yè)……這樣的場景，在20世紀(jì)初的伯爾尼、柏林、哥廷根、哥本哈根、劍橋、曼徹斯特都曾經(jīng)發(fā)生過。

遺憾的是，伯克利的這群年輕人最終并沒有取得令人矚目的科學(xué)成就。但這個小組的存在本身就意味著一個事實：第二次科學(xué)革命并沒有完結(jié)，它還留下了更多的難題和未知。探索仍然在繼續(xù)，只不過人類進(jìn)行科研的主要方式已經(jīng)從科學(xué)家們的辯論變?yōu)椤按罂茖W(xué)”項目。
深埋地下、周長27公里的大型強子對撞機在2013年發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子，最終完成了科學(xué)家在20世紀(jì)60年代提出的標(biāo)準(zhǔn)模型；臂長達(dá)到4公里的激光干涉引力波天文臺在廣義相對論誕生百年之際，終于在2015年首次探測到了引力波信號，驗證了相對論最為縹緲的預(yù)測。
更深刻的問題依然存在。現(xiàn)代物理學(xué)的兩個支柱——量子力學(xué)和廣義相對論，至今在理念和數(shù)學(xué)形式上都無法統(tǒng)一，這就形成了一個看似荒唐的事實：物理學(xué)家如果需要研究極小尺度的問題，就會使用量子力學(xué)；而如果問題涉及星系、宇宙等大尺度，又要自動換成廣義相對論；如果問題的尺度與我們?nèi)粘Ｉ畹奈矬w相似，那么可以近似使用牛頓力學(xué)……自然界的規(guī)律理應(yīng)是統(tǒng)一的，怎么會因為尺度問題而彼此不相容？這就意味著還需要進(jìn)行更多的工作，取得一個統(tǒng)一性的理論。
量子力學(xué)自身也遠(yuǎn)非完美。在極小尺度下，物質(zhì)的運動規(guī)律乃至存在的方式都完全發(fā)生了變化，那么所謂物理實際的意義又在哪里？生命的本質(zhì)又是什么？在一個機械化的世界里，人可以完全作為旁觀者或者實驗者出現(xiàn)，通過記錄實驗數(shù)據(jù)總結(jié)自然界的規(guī)律。但是在量子力學(xué)的描述中，人本身不可避免地成為了量子系統(tǒng)的一部分。而且在進(jìn)行實驗觀測時，人的意識也不可避免地被卷入物理學(xué)之中。那么，意識的本質(zhì)又是什么？
在宇宙中，星系、黑洞，以及各種神奇的天體的名字都已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠?，但是通過觀測和計算，人們發(fā)現(xiàn)所有這些可見的物質(zhì)其實只占到整個宇宙中極小的一部分。而更為重要的物質(zhì)和能量，我們目前對其一無所知，只能將其命名為“暗物質(zhì)”（dark matter）和“暗能量”（dark energy）。
如果說17世紀(jì)開始的第一次科學(xué)革命讓人類第一次認(rèn)識到了理性的力量，那么從20世紀(jì)初開始的第二次科學(xué)革命則讓人類的理性幾乎覆蓋了整個宇宙，同時也讓我們開始面對此前根本無法想象的未知?！觯ㄈ?lián)生活周刊）
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