过分的武断和自信

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【摘要】：泡利在第一篇论文中曾讨论过将广义相对论用到水星运动中去的可能性和方法，这使索末菲感到十分惊讶。接着，在1921年出版《数学科学百科全书》时，索末菲大胆推荐泡利为该书撰写“相对论”条目的综述介绍。泡利为此受到极大鼓舞，答应了玻尔的邀请。有人极力称赞，倍加欣赏；但也有人对此持有不同看法，认为泡利的尖刻和武断损害了许多人，于人于己都产生了不利的影响。

9　过分的武断和自信

泡利在他的许多（如果不说是大多数的话）否定性意见中被证实为搞错了。听了他的建议的人常常因此受到损害，没有及时发表他们的著作。

J.梅拉

1926年3月，荷兰著名物理学家亨德里克·克拉默斯（1894—1952）收到拉尔夫·克朗尼克（1904—1995）从美国寄来的一封信。克朗尼克也是荷兰人，这时正在美国哥伦比亚大学读博士。在信中克朗尼克写道，他在乌伦贝克和高斯密特之前就已经想到过电子自旋（electron spin），并向泡利讲过此事，但泡利竭力反对他的观点，因而没有发表。后来，克拉默斯把这件事告诉了丹麦物理学家玻尔（1885—1962，1922年获得诺贝尔物理学奖），玻尔很快写了一封信给克朗尼克，表示了他的惊讶和深深的遗憾。克朗尼克在给玻尔的回信中写道：

我要不是想捅一下那些骄气十足、自以为是、在任何场合中都以为自己绝对正确的人，我是不会把这件事抖出来的。

他还要求玻尔不要把这件事公开，以免乌伦贝克和高斯密特不高兴。克朗尼克后来是一位著名的物理学家，而且颇有绅士风度。乌伦贝克也不乏绅士风度，他后来在一篇回忆录中公正地指出：

很清楚，在我们第一次提出电子自旋以前，克朗尼克已经有了关于自旋的想法。

我们不难看出，即使克朗尼克颇有绅士风度，他在写给克拉默斯的信中仍然明显说出了自己的不满，或者说几乎是愤怒。他指的“骄气十足、自以为是”的科学家，明眼人一看就知道那是沃尔夫冈·泡利（1900—1958，1945年获得诺贝尔物理学奖）。克朗尼克为什么这样不满意泡利呢？这儿有一段既令人伤心又令人感到有趣的历史，它可以使我们明白许多事情。

天才沃尔夫冈·泡利

1900年4月25日，泡利诞生于奥地利首都维也纳，他的父亲是一位颇有名望的医药化学家。泡利天赋极高，在读中学时就自修了大学物理学，并在上大学之前（1918年9月）就写了一篇关于引力场能量分量的论文。

奥地利物理学家泡利年轻的时候

1919年，泡利带上父亲给阿诺德·索末菲（1868—1951）的介绍信，要求索末菲允许泡利不读大学课程，而直接成为他的研究生。索末菲那时是在慕尼黑大学任教的著名物理学家。索末菲见过许多天才，因此见怪不怪，答应了泡利父亲的要求，但他怀疑泡利是否能够听懂研究生的课。但是很快使他大吃一惊的是，泡利不仅保证能听懂研究生的课，还冒失地要求参加给高年级研究生安排的讨论班。索末菲觉得这一要求毫无意义，而且觉得泡利真有一点不知天高地厚。但不久索末菲又改变了看法，这有两方面的原因：一是在讨论班上，泡利表现出了卓越的才能，成为讨论班里掌握和理解问题最快最深的一个学生；另一原因是1919年6月4日，泡利又发表了一篇文章，仍然是讨论引力理论，在文章中他竟斗胆批评当时已是苏黎世联邦理工学院教授的赫尔曼·韦尔（1885—1955），指出韦尔有一篇文章的计算中把符号弄错了。这些表现着实让索末菲对泡利另眼相看。不过这时的泡利毕竟只是一个年仅19岁的小青年，所以批评韦尔的语气十分客气：

我怀着尊敬的心情指出，在韦尔的文章中有一个小的疏忽。

过了5个月，泡利在11月3日又发表了他的第三篇文章，他再次批评了韦尔的错误。这一次批评显示出泡利对物理学有不同于一般的深刻的理解。他指出，韦尔的理论在计算场强时连续地计算到电子内部，但物理学家在定义场强时是对检验电荷而言。现在既然没有比电子更小的检验电荷，那么一个数学点的电场强度就是一种空幻的构想。19岁的泡利在文章中提出了一个重大的物理学问题：

人们当然会要求，只有在本质上是可观测的量才能引入物理学。

在日后量子力学创建过程中，泡利提出的这个问题显示出巨大的物理意义。

这几篇论文不仅使索末菲认识到泡利是最有资格参加讨论班的一个学生，而且还为泡利赢得了很高的声誉。泡利在第一篇论文中曾讨论过将广义相对论用到水星运动中去的可能性和方法，这使索末菲感到十分惊讶。后来他对韦尔的批评，使得韦尔简直无法相信一个19岁的学生竟有如此深刻的洞察力。他曾写信给泡利说：

我几乎难以理解，你这么年轻就掌握了认识相对论的种种方法和为此所需要的自由思考。

韦尔甚至认为，这个19岁的青年可以是他的重要著作《空间·时间·物质》（Space，Time and Matter）的新的合作者！

接着，在1921年出版《数学科学百科全书》时，索末菲大胆推荐泡利为该书撰写“相对论”条目的综述介绍。当时泡利只有21岁，我们可想而知这时索末菲已经多么相信泡利了！泡利不负师望，把这长篇综述写得如此之成功，几乎可以单独成书，连爱因斯坦也称赞不已。爱因斯坦1922年在一篇文章中写道：

读了这篇成熟的、构思宏伟的著作，谁都不会相信它是一个21岁的人写的。思想发展的心领神会，数学推导的精湛，深刻的物理洞察力，评价的恰到好处——人们简直不知最先称赞什么才好。

1922年6月，玻尔到德国哥廷根讲学，当时泡利作为玻恩的助手也在哥廷根。泡利在听玻尔讲学时的发言引起了玻尔的注意，于是玻尔邀请泡利去哥本哈根理论物理研究所工作一段时间。泡利为此受到极大鼓舞，答应了玻尔的邀请。从此，泡利和玻尔结下了深厚友情，并走上了使他今后获得光辉成就的量子理论的研究。

在玻尔周围聚集了一大批天才青年，而在这些年轻人当中，泡利是最令人瞩目的一位。他的特点是思维缜密，反应敏锐，善于发现别人没有注意到的问题，而且语言犀利、尖刻，有时尖刻得真令人忍受不了。由于他批评别人特别不留情面，埃伦菲斯特善意地称他为“上帝的鞭子”。

对于泡利这根“鞭子”的褒贬因人而异。有人极力称赞，倍加欣赏；但也有人对此持有不同看法，认为泡利的尖刻和武断损害了许多人，于人于己都产生了不利的影响。对于已成熟的超级天才，如玻尔、海森伯、朗道等人，他们倾向于持肯定态度，例如玻尔曾经说：

确实，每个人都渴望听到泡利永远很强烈和很幽默地表示出来的、对于新发现和新想法的反应，以及他对新开辟的前景的爱与憎。即使暂时可能感到不愉快，我们永远会从泡利的评论中获益匪浅；如果他感到必须改变自己的观点，他就极其庄重地当众承认。因此，当新的发展受到他的赞赏时，那就是一种巨大的安慰。同时，当关于他的性格的那些轶事变成一种美谈时，就越来越变成理论物理学界的一种良知了。

但也有人持不同观点。例如梅拉和雷琴堡在他们的《量子理论的历史发展》中就曾指出：

除了海森伯在1925年5月、6月及7月的工作和薛定谔在1926年春天的工作以外，在新原子理论的建立中，几乎没有哪一步不曾受到泡利至少是一次的批评，泡利表现得好像他就是“量子力学的良知”，而且后来好像他真是“物理学的良知”了。但是在许多方面，这是一种有毛病的良知，更多的情况是他像“上帝的鞭子”似地抽打了他那些不自觉的同时代人，而不是像一种新的和革命的理性之光那样照射了他们。事实上，在他一生的很大部分中，泡利一直是关于物理学王国的创新事物的阴暗面的预言家。这可以用他在1958年春天对我说过的一句话来说明，他说：“Ich war doch ein Klassiker”（但我当时是一古典主义者）。

由于梅拉的这部巨著很多人不喜欢，因此他们的观点有可商榷的地方，对泡利的这种评价不可全盘接受；但泡利“是一个锋芒毕露的人”，说话有时过于尖刻，因而损伤了一些不太成熟的年青物理学家的信心，这大概是不会错的。本节开始引用的克朗尼克的话就是一个证明。过于武断，不仅会使自己陷入误区而不能自拔，还会使别人受到影响而一同陷入误区。下面我们以电子自旋的发现为例说明这一点。

哥本哈根的一次会议，前排左起为泡利、约尔丹、海森伯和玻恩。泡利后面站立者为玻尔

电子自旋之谜

1925年1月16日，泡利在一篇题为《原子内部的电子群与光谱的复杂结构》的论文中，第一次正式提出了“泡利不相容原理”，这一原理使他于1945年获得诺贝尔物理学奖。

1945年，泡利与他的夫人一起到瑞典的斯德哥尔摩领取诺贝尔奖

泡利不相容原理提出以后，玻尔对量子理论预期的目的之一——准确解释门捷列夫元素周期律就此顺利完成，这在当时来说是一个非同小可的胜利。物理学家们都为此感到欢欣鼓舞。但有一个问题还使泡利及所有物理学家感到疑惑不解，那就是泡利在不相容原理中指出，描述原子中的电子除了已有的3个量子数外，还需要第4个量子数。但是，这第4个量子数到底应该怎样从物理意义上加以解释呢？以前的3个量子数都可以用经典物理学的概念（如电子绕核的转动和绕核转动时的角动量等）加以解释，而唯独这第4个量子数使人们感到玄妙莫测，泡利为此也颇感沮丧。他当时只能说，这第4个量子数是“一种经典方法无法描述的、电子的量子理论特征中的二值性”。泡利十分强调“经典方法无法描述”这一点。对泡利来说，任意将量子力学与经典力学模型相联系，应该受到坚决的反对和严厉的谴责。他根本不相信第4个量子数会像前3个量子数那样，能用经典力学的概念来加以解释。他认为第4个量子数反映了一种“非力学的”概念。

这时，克朗尼克正在德国蒂宾根，他对泡利关于第4个量子数的物理解释突然有了兴趣，这是因为蒂宾根大学教授阿尔福瑞德·朗德（1888—1975）在1925年1月7日把泡利在1924年11月24日写给他的信给克朗尼克看了，在这封信里泡利谈到了原子结构的新思想。这封信使克朗尼克大为振奋，并为一个美丽而迷人的想法所吸引。据克朗尼克1960年在一次报告中回忆说：

泡利的信给我的印象十分深刻，而且十分自然地使我对原子的每一个电子用量子数描述产生了好奇心。这些量子数，特别是两个角动量L（早先是K）和S（早先是r），在强碱金属原子光谱中是时常提及的。显然S不能再归因于核，而且我还立即想到，量子数S可以看成是一个电子本身的角动量。

克朗尼克所说的量子数S就是第4个量子数。他之所以认为“S可以看成是一个电子本身的角动量”，据他自己回忆说，是因为“量子力学出现以前，模型是讨论问题唯一的基础，就此意义而言，第4个量子数只能看成是电子绕自身轴的自旋”。

克朗尼克十分清楚，这种模型肯定会带来一些意料不到的严重困难，但这个想法对他太有吸引力了，因此舍不得扔掉。就在1925年1月7日当天下午，克朗尼克用这一模型推导出了一些结论，这些结论非常鼓舞人心。例如，仅从这一模型出发，不需要任何相对论的考虑，就可以得出一个十分重要的相对论公式，与朗德发现的一个规则完全一致。克朗尼克兴奋地将这一结果告诉了朗德，朗德也非常欣赏这一成果。正好，泡利第二天要到蒂宾根来，他们两人非常迫切地希望听泡利的意见，因为泡利是“上帝的鞭子”和“物理学的良知”嘛！

不幸的是，泡利这次甩来的一鞭子，使克朗尼克抱憾终生。

当克朗尼克瞅住机会把自己的想法和推算告诉给泡利时，泡利的回答不啻一盆凉水朝他头上淋来。泡利立即反对他的想法，说他的想法太肤浅，并用一贯喜欢的幽默（或者说嘲讽）口气说：

你的想法的确聪明，但大自然不喜欢它。

显然，泡利是不相信电子会有什么角动量的。这是什么原因呢？原来他以前对相对论性电子作过深入的研究，他的研究表明，一个自旋的电子的自旋速度接近光速，这时自旋磁矩就不可能像克朗尼克所推算的那样是一个常数，而应该与质量的相对增量有关。另外，泡利认为，解决原子问题应该从量子理论中去寻找，而不能侥幸地从经典物理中去打主意。这大约也是最根本的原因。后来，泡利在他的诺贝尔演讲中曾回忆过这一事件，对于电子自旋，“由于它的经典力学特性，一开始我就强烈地怀疑这一想法的正确性……”。

按泡利当时的看法，所有的经典模型都应该坚决舍去。事实上，泡利曾下决心要把经典形象统统从量子理论中驱赶出去，但这显然不是一件轻而易举的事。他开始时可能把事情想得太容易了。所以，泡利曾在玻尔面前夸过海口：

泡利（中）和同事们

我不会碰到物理学方面的困难的……

到1925年，当他屡遭挫折之后，也不得不沮丧地说：

……物理学对我来说太难了。

面对这一困难局面，他又不愿考虑别人提出来的缓解困难的建议，常常尖锐而苛刻地加以拒绝，这就经常使他对整个原子理论的状况感到绝望。

当然，在量子理论建立过程中，遇到的困难的确是空前的，物理学家们常常不知道应该怎样继续探索下去，而泡利比一般人更清楚了解这些困难的深度。这种状况使他常常采取了一种不够正确的方式对待同行们的建议，正如梅拉所说：

他就力图阻止人们接受在他看来是过于廉价的任何解决办法。就这样，被公认为光谱学问题的伟大权威的他，就拒绝了若干种由较年轻或较年长的同行们提出的建议……

克朗尼克不幸成了被“拒绝”中的一位。由于泡利的反对，朗德私下对克朗尼克说：

如果泡利这么说，那么，大自然一定是不喜欢电子自旋的。

在当时，泡利的话是极有分量的，例如比利时物理理论学家罗森菲尔德（1904—1974）曾说过：

在物理学家的心目中，无论谁的赞誉都抵不上泡利所赐的首肯。这对玻尔也不例外。

这样，年轻的克朗尼克见泡利坚决反对，朗德的犹豫，再加上海森伯、玻尔都不积极赞同和一些计算中遇到的一些困难，于是他放弃了自己的想法，以后甚至连提都不敢提了。

这是1925年1月发生的事情。

但克朗尼克万万没有想到，到了10个月以后的11月20日，荷兰物理学家埃伦菲斯特的两个学生，乔治·乌伦贝克（1900—1988）和萨缪尔·高斯密特（1902—1979）两人联合在德国《自然科学》杂志上发表了一篇文章，内容也是指出电子的第4个量子数可由电子本身的角动量来表示。虽然他们也遇到克朗尼克当时同样的困难，也遭到泡利同样激烈的反对，但到1926年3月12日，连泡利也同意了乌伦贝克和高斯密特的电子自旋假说，他在那天给玻尔的信中说：

现在，对我来说，只有完全投降。

这一事态的发展对克朗尼克显然是一个沉重的打击。他的懊恼和愤懑也是可以想见的。他当时曾不无心酸地说：

由于最优秀的物理学家们完全改变了他们以前的反对态度……留给我们做的唯一的事情是清除前进道路上的障碍。

懊恼、心酸之余，他还给玻尔写了一封前面已经提过的信，把心中的怨气发泄了一通。

你们还很年轻，干点蠢事也没有什么关系！

事情已经过去80多年了，这件事当然还会引起人们的兴趣，出现各种各样的评论。这里我们不作全面评价，只想将问题缩小到老师、权威或一般科研工作者应该如何对待学生或同行们不成熟的设想。其实，没有一个初提出的设想不是有缺陷甚至有严重缺陷的。

乌伦贝克和高斯密特在刚提出电子自旋假说时，他们的导师埃伦菲斯特认为这一想法可能很重要，但也可能是胡说八道。他对他的这两位学生说：

我要问问洛伦兹先生。

与此同时，埃伦菲斯特又嘱咐乌伦贝克和高斯密特把他们的想法和推导写一篇简短的文章，由他推荐给《自然》杂志。

洛伦兹在考虑了乌伦贝克他们的意见后，于10月26日告诉乌伦贝克，如果采用大家使用的电子的半径值，并且用人们承认的角动量自转，那么计算的结果将使得电子表面的速度为真空中光速的10倍左右！这显然违背了相对论的基本原理。

埃伦菲斯特（前排左一）、爱因斯坦（左四）和高斯密特（右一）摄于1923年

乌伦贝克听后大吃一惊，心想，我们原来的担心果然有道理。他们两人在刚开始想到用电子自旋解释第4个量子数时，一方面十分激动，另一方面不放心，觉得这个假说太大胆和太富于猜测性，而且一定会包含一些重大错误，否则一些大权威如玻尔、海森伯（1901—1976，1932年获得诺贝尔物理学奖）和泡利等人怎么会想不到这个很容易就会想到的假说呢？如果不是埃伦菲斯特鼓励，他们原本没想到要发表文章的。听洛伦兹这么一分析，他们认为自己提出的想法肯定纯属胡扯，于是立即告知埃伦菲斯特，请他不要把那篇短文发出去，否则会丢人现眼，今后日子可不好过了。埃伦菲斯特说，他已经将稿子寄出去了，可能马上会刊登出来。乌伦贝克感到十分狼狈，但埃伦菲斯特平静地安慰他们说：

你们还很年轻，干点蠢事也没有什么关系！

埃伦菲斯特可不是一般的理论物理学家，他是一位成就很大、知名度也很大的学者，而且他也像泡利一样，有一颗批判的头脑，虽然不如泡利那么敏锐和尖刻，但埃伦菲斯特能够“以一种友好的方式把他的批判应用到青年人身上，他甚至鼓励青年人去追寻那种蕴涵着某些困难的想法……他把一种批判的、分析的头脑和一位明智教师的美德结合起来……帮助了量子力学的诞生”。

与埃伦菲斯特比较起来，泡利的过分武断的确会损害一些不够坚强的人的信心，甚至使他们失去作出优先发现的机会和耽搁科学事业的发展。当然，对于坚强的人来说，泡利尖刻的反对一般不起作用；相反，还会促进他们对研究对象作更深刻的认识。但对于初次在科学探索中涉足的人，又有几个不需要人鼓励就能具有坚强的信心呢？有坚强信心的人多半是久经沙场并取得了相当成就的人，而对这类科学家根本谈不上需要鼓励了。而且，过分的武断也不容易使自己接受别人的意见，使自己和别人在误区中陷入的时间更长。

以后我应该更多地相信自己的判断

有一位名叫范德瓦尔登（1903—1996）的物理学家曾经说：

我认为泡利……不能因为没有鼓励克朗尼克发表他关于电子自旋的假设而受到责备。

这句话有一定道理，但应该作些分析。对泡利自己来说，他当然会由于这次失误明白许多事情。至少他对于自己的过分武断应该会感到赧然。而埃伦菲斯特则应庆幸自己的宽容，没有让自己的学生受到损害。在那个量子力学大潮汹涌澎湃之际，由于各种稀奇古怪的、不可思议的想法蜂拥而生，宽容、商讨是非常重要的。如果一意以自己的想法为准，不能容纳别人“奇异”的想法，那肯定会影响物理学发展的进程。

当普朗克1900年提出能量子概念时，此后有10来年时间很少有人认真对待它；1905年，当爱因斯坦提出光量子概念时，连普朗克都认为爱因斯坦在纯思辨的路上走得太远，而密立根在爱因斯坦光电方程已经用实验验证了以后，都仍然怀疑光量子概念的合理性；玻尔在1913年提出他的原子理论时，劳厄等著名的物理学家愤慨、恼怒地要退出物理学界；1924年，德布罗意提出物质波理论时，他的导师朗之万认为很可能是胡说八道，而洛伦兹等老一辈物理学家只能连连摇头以表示他们的不满……在这种科学思想急剧变革时，各种反常的思想应运而生，作为权威、导师和长辈的科学家虽然不能说“来者不拒”，一律赞同，但决不能轻易以反常、奇异为由，更不能以“大自然不喜欢”为由，将新的设想不假思索地就送上断头台。

我们可以以法国物理学家朗之万为例说明这一点。1924年，他的学生路易斯·德布罗意（1892—1987，1929年获得诺贝尔物理学奖）的物质波（matter wave）假说刚提出时，他觉得这简直是乱弹琴：电子怎么可能成为一个波！？但幸运的是，他认识到当时有许多所谓“胡说八道”的假说都先后被证明是真理，所以他十分谨慎，没有轻易像爱丁顿和泡利那样，对德布罗意说“大自然不喜欢它”，而是把它送给爱因斯坦过目。如果颇负盛名的朗之万当时迅即矢口否定物质波，那么半路出家的德布罗意（他原是历史系毕业生）很可能像克朗尼克那样偃旗息鼓、鸣金收兵，再也不敢提物质波，那量子力学的进程就可能不止延误半年或一年了。因为据现在资料看来，当时想到物质波假说的只有德布罗意一位，爱因斯坦虽然想过，却以其过分离奇而犹豫不决，不敢造次。