第五十九回
晴空裏飄來一朵烏雲，死水上吹起一陣清風
 
——量子論的產生　　上回說到盧瑟福和他的助手們造出原子搗碎機，一步步地向原子內部進軍。這盧瑟福是個偉大的實驗物理學家，在他的面前沒有解決不了的難題。他特別強調實驗，他喜歡引用波義耳的一句話：真正的科學就是旨在應用的知識。他還嘲笑一些人整天坐在書齋里，只憑書本上的現成公式來研究科學，說這是一種危險的消遣。有一次甚至說那些理論物理學家們的氣焰未免太高了，現在是我們實驗物理學家該讓他們冷靜的時候了。他這些話也未免有點偏頗。其實一門科學的進步，理論和實驗是不可缺少的左右腿，它們總是一前一後交替前進，哪能再分高低呢？而盧瑟福在原子實驗方面積累了許多事實之後，他萬沒有想到現在真的需要那些會被他挖苦過的理論物理學家們來幫忙了。
 
 
 
　　這事還得從頭說起。到十九世紀末葉之時，經典物理學大廈經過了從牛頓到麥克斯韋這些大師們的精心設計和建造，真可謂盡善盡美了。大自然中的物理現象也都能用經典理論解釋得清清楚楚。可是好景不長，也真怪物理學家們無事生非，不知誰先想出了一個題目，要是一塊全黑的物體，它是怎樣吸收外來的熱量又怎樣放出熱量呢？比如一塊鐵吧，我們可以把它看成近似的黑體，給它加熱，它開始吸收熱能，鐵塊會先呈暗紅，而黃而白，發出耀眼的光線。這就叫「黑體輻射」。按經典理論，熱的輻射和吸收是一個完全連續的過程，就像管子裏流出來的一股水，光和輻射是一種電磁波。這條連續性原理是經典物理學的一塊基石。可是那些無事生非的物理學家們終於給自己找來了麻煩，他們用這種理論來解釋黑體輻射，無論如何也不能使輻射能量和輻射光譜統一起來。所以，當時代步入20世紀第一個年頭時，物理學界的老前輩開爾文在新年祝辭中一面慶賀物理學的新勝利，一面又憂心地提到，天空又出現了兩朵烏雲，這便是其中之一。
 
 
 
　　既然輻射能量隨溫度的升高而增加，於是問題的焦點就是求出能量、溫度與波長之間的關係式。英國物理學家瑞利和金斯得到一個公式，它在解釋波長較長、溫度較高時的黑體輻射現象時還能說得通，但是要把它用於短波的紫外光區，立即出現一個可怕的現象——全部能量老早就在一次性的紫外輻射中散光了。正像我們計算一個十歲孩童的年齡時，誤把一月當作一年，結果他早該不在人世了。這當然是一個純理論的推斷，但卻得出一個可怕的結果。物理學家們立即給它起了一個不祥的名字，叫「紫外災變」。而同時，有一個德國人維恩也推出一個公式。維恩公式正好相反，它適用於波長較短、溫度較低的情況，而對長波的紅外區卻又是一場「紅外災變」。又好像我們計算一個古稀老人的年齡時，卻誤以一世紀為一歲，結果他還沒有出生呢。但是這兩個公式依據的都是經典物理學的同一原理啊，何以如此水火不容呢？
 
 
 
　　各位讀者，說到這裏讓我們回想一下本書前面曾敘述過的一個實驗。按照亞里斯多德的說法，物體下落時肯定是重物比輕物的速度快。伽利略不信，1590年他站在斜塔上把一個大球和一個小球同時往下一丟，結果同時落地。他在同守舊分子的辯論中用了一個很好的推理：如果把兩個球綁在一起，下落速度可能有兩個，一是比大球快，因為兩球比一球重；二是兩球的平均速度，小球慢，當然要扯大球的後腿。顯然這兩個結論是矛盾的，但是它們都是根據同一個亞里斯多德的原理啊！於是伽利略大膽地喊了一聲：亞里斯多德錯了！只有我的實驗才是對的。
 
 
 
　　現在經典物理學也遇到這個問題，根據同一原理怎麼在一個黑體輻射問題上得出了兩個相矛盾的結論呢？物理學家們驚呼晴朗的天空出現了一朵烏雲(請讀者注意以後還會出現一朵)。現在也該有一個不知名的新人物出來，如伽利略那樣大喊一聲：經典理論錯了！並且拿出自己正確的解釋。
 
 
 
　　真是時勢造英雄。這個人來了，他就是普朗克(1858－1947)。
 
 
 
　　普朗克1858年4月23日生於德國的基爾。就在這一年本生和基爾霍夫開始研究光譜分析法，而基爾霍夫也沒有想到這個呱呱隨地的嬰兒將來就要做他的學生和繼承他的教授席位。普朗克少年時代極喜歡音樂，以至於中學畢業後，選擇專業時，在音樂和自然科學間猶豫再三，就是到了大學裏他還在留戀音樂，並且親自領導了一個樂隊，又是學院合唱團的指揮。這時，在他通向榮譽的大路上又遇到一次小小的干擾，老師堅決反對他專攻理論物理。1924年普朗克在講演中回憶說：「當我開始研究時，我可敬的老師約里對我描繪物理學是一門高度發展的，幾乎是盡善盡美的科學。現在，在能量守恆定律的發現給物理學戴上桂冠之後，這門科學看來很接近於採取最終穩定的形式。也許，在某個角落還有一枚塵屑或一個小氣泡，對它們可以去進行研究和分類。但是，作為一個完整的體系，那是建立得足夠牢固的；而理論物理學正在明顯地接近於如幾何學在數百年中所已具有的那樣完善的程度。」
 
 
 
　　幸虧中學和大學的這兩次干擾都沒有動搖普朗克最終的決心。他21歲時通過了博士論文，他關於熱力學方面的研究已開始孕育他將來的新思想。可惜他關於這方面的論文先是被基爾霍夫當作錯誤觀點放在一邊，後來他又在物理學會宣讀，但全場除一人發言外，其餘的人毫無反應，而這一人還是表示反對。關於這件事，他在自己的回憶錄里寫道：「這是對我那熱烈的想像澆了一瓢冷水，我步行回家，抑鬱寡歡，但很快就找到了安慰，因為我想：一種好的理論即使沒有巧妙的宣傳也將會得到承認的。」
 
 
 
　　普朗克環顧周圍無一知音，真是愁悶之極。柏林西郊的格呂內瓦爾德有一片30多平方公里的松林，裏面湖泊星羅棋佈，煞是安靜。普朗克便帶上十幾歲的兒子到這裏散心。兒子當然更不懂他這高深的理論，但是他還是滔滔不絕地說着自己的想法，並扯下一根松枝，狠狠地一折兩截，大聲說道：「我現在發現的那個東西，要麼荒誕無稽，要麼也許是牛頓以來物理學上最偉大的發現之一。」但是，除了微風搖動樹葉掠過湖面之外，松林間再無一點聲音。那些粗大的松樹矗立着，俯視着這個奇怪的不速之客。普朗克腿一軟，頹然靠在樹根，呆呆地看看湖面上由近而遠的一層層的波紋。
 
 
 
　　正是：
 
 
 
　　不到清明不下雨，不遇春風不吐芽，
 
　　時機未到且等待，有苞必定會有花。
 
 
 
　　這機會終於叫他等到啦。1900年10月19日，柏林物理學會又在舉行討論會。物理學家庫爾鮑姆在會上報告了他最近的實驗，數據表明雖克服了「紫外災變」，但仍與維恩公式不符，又是那道不可逾越的難題。誰知這時普朗克恰巧在座，他前幾天就知道了這個實驗，這種尷尬局面本是意料之中的事。這真是天賜良機，普朗克立即上前在黑板上寫出一個自己推出的公式。這個式子無論對長波、短波、高溫、低溫都驚人地適用，瑞利－金斯公式和維恩公式被和諧地統一到一起。於是滿座大驚，雖然還沒有一個人能完全弄清楚這個新公式，但是在事實面前卻再無人能提出反對意見。會後普朗克的一篇只有三頁的短文在物理學會通報上發表了，它成了物理學史上的一塊里程碑。
 
 
 
　　物理學會再也不能輕視普朗克的挑戰了，兩個月後，1900年12月14日他們在國會大廈附近的赫爾霍姆茨研究所召開會議，特請普朗克介紹這項新發現。請讀者記住這個日子，這天便是量子論的誕生日，它奠定了45年後原子武器的原理。普朗克早就如骨鯁在喉，今天終於能說他個痛快淋漓：「一言以蔽之，我做的這件事，可以簡單地看作是孤注一擲。我生性平和，不願進行任何吉凶末卜的冒險。但是我經過六年的艱苦摸索，終於明白，經典物理學對這個黑體輻射問題是絲毫沒有辦法的。舊的理論既然無能為力，那麼就一定要尋找一個新的解釋，不管代價多高也一定要把它找到。除了熱力學的兩條定律必須維持外，至於別的，我準備犧牲我以前對物理所抱的任何一個信念。問題往往是這樣，到實在不能解決時，拋棄舊框子，引入新概念，就立即迎刃而解了。」
 
 
 
　　普朗克引入了一個什麼新概念呢？就是說輻射的能量不是連續的，如管子裏流的水那樣，而是成一小份一小份的，像機關槍里不斷射出的子彈。這一份一份就取名為「量子」，量子在拉丁文里是「分立的部分」或「數量」的意思。把一個整體的連續的能量換個角度看作是無數量子的集合，問題就好解決了。這樣還不好懂，我們舉一個相似的例子，這本書中曾寫到祖沖之求圓周率的故事。圓，這個光溜溜的傢伙真不好下手，但是祖沖之偏不把它看成是連續的、完整的圓，而認為是一個圓內接的無限多的正多邊形，邊越多，就越趨近於圓，而那個圓周率也越求越精，但總求不完：
 
 
 
　　π=3.1415926535897932384626...
 
 
 
　　普朗克現在把能量分成許多能量子，這些能量子相加就趨近於它的總能量。能量子又與它的頻率有關，他得出這樣一個公式：
 
 
 
　　能量子＝h×頻率。
 
 
 
　　h後來被稱作普朗克常量，是：
 
 
 
　　0.0000000000000000000000000066……(KID註：這個是克•秒•厘米制的，單位是克•平方厘米/秒，在現在的標準單位制里是6.6×10-34，單位是千克•平方米/秒，也就是焦•秒)這真是小到極點，它表示我們把每一塊物質看成一些跳動的粒子時，這個跳動是多麼微弱。但是不要忘了，就是這麼個小數字卻決定着原子彈那威力無比的爆炸。
 
 
 
　　但是，普朗克這個新理論實在是太革命了。物理學會雖然請他作了報告，可是還沒有一人相信這個新觀念，連普朗克本人也覺得最好能把新舊理論統一起來。他雖然勇敢地提出了新觀念，但就如兒子對一個專橫守舊的父親，忍無可忍而猛擊了反抗的一掌，而這一掌剛打過，他就立即受到一種倫理上的自責。在後來一段時間普朗克總在尋找更好的辦法把新觀念納入舊理論。就像牛頓後來用科學來證明上帝一樣，一個新理論誕生之初經常會表現得惴惴不安，未敢立即脫離它的母體。
 
 
 
　　但是，正當普朗克孤立無援而且自己也有四年時間裹足不前時，瑞士專利局的一個小職員發表了一個重大的聲明，帶着增援部隊殺上陣來。
 
 
 
　　這個人就是當時還未出名的愛因斯坦。他提出一個光電效應理論，比普胡克還要大膽。普朗克說物質是一份一份地吸收或放出能量，愛因斯坦說還不止於此，每個能量子在脫出物質之後必定以某種方式表現為像一個粒子，一個光粒子，即我們現在說的光子。實驗證明在光電效應中，當光的速度，即光的量增大時，電子的速度卻不能增大。這用麥克斯韋的經典電磁理論無法解釋。而愛因斯坦的新理論立即來拯救這又一個新的「紫外災變」了。光子像子彈，射在金屬上的子彈越多，撞出的電子數越多，但並不能增加它的速度。要想增加電子的飛出速度，就得改用重子彈，加強碰撞力——這就是提高頻率。好了，這一下天衣無縫地證明了我們上面提到的普朗克公式，能量子＝h×頻率。這對普朗克真是在關鍵時刻最關鍵的支持。愛因斯坦因此獲得1921年的諾貝爾獎金。當然普朗克也獲得了1920年的諾貝爾獎金。他在一次演說中謙虛地說：「如果一個礦工發現了一座金礦，那是因為地下本來就有金子。我不去發現量子原理，也總有人會去發現它的。」物理學到一定階段總要推出自己的代表人物的。這是後話。
 
 
 
　　再說在風雨中艱難掙扎的量子論有愛因斯坦這個大將振臂一呼，總算舉起了一杆義旗，陸陸續續也有人加入了這個隊伍。於是物理學家能斯特便想召開一個專門會議，檢閱一下量子論的隊伍以振奮士氣。他找到了實業家兼業餘科學家索爾維，請他出錢贊助。這個索爾維是比利時人，他因為發明了新的制鹼法成了百萬富翁。這年他已七十多歲，不由想到死後這筆財產怎麼處理，何不學諾貝爾，也來資助一下科學發展呢？這樣他就欣然答應贊助。兩人與普朗克商量後，立即向18位有影響的物理學家發出了會議通知。而這個通知本身就很有學術價值，幸虧它還原封保存了下來。
 
 
 
　　我們現在的物質分子運動所依據的那些基本原理，似乎正處在革命性的變革之中。一方面，這個理論一以貫之的發展，導致一個其有效性同一切實驗發現相牴觸的輻射公式，而到現在為止還沒有任何人提出遇異議；另一方面，從這理論導出的某些有關比熱的公式被大量測數據所徹底推翻。
 
 
 
　　像普胡克和愛因斯坦所特別提出的那樣，只要對電子和原子在其平衡位置附近的振動作某些限制(能量子理論)，追些矛盾便立即消失；但是這個概念離開迄今所應用的那些運動方程是那麼遠，以致如果接受了它，就勢必要對我們現有的種種基本觀點來一番大的改造…¨
 
 
 
　　1911年10月30日，當時世界上在這一領域內最優秀的18名領袖齊集布魯塞爾的大都會飯店。但是年高望重的瑞利未能到會，他送來一封短訊，對量子論表示反對。瓊斯和彭加勒兩個大人物也表示反對。不過，臨散會時彭加勒已經背叛了經典原理而加入這支義軍。還有盧瑟福、居里夫人等五位實驗物理學家，他們對這個很玄的理論問題原來也不怎麼關心，所以持中立立場，其餘十一位科學家表示贊成。十一年過去了，這支新軍從一人發展到十二人，雖還不算壯大，卻也稍成氣候了。
 
 
 
　　會議的主力當然是普朗克和愛因斯坦了。過去他們只是通信，互表支持，現在為了共同關心的理論相見於會議桌旁，倍感親切。普朗克說：「我應該首先表示對您的感謝。是您在我最困難的時候對我和這一切幼弱的理論給予了極關鍵的支持，並且闡述得比我自己更深刻，更完善。」
 
 
 
　　「不，您這一發現才是真正的偉大驚人之舉，可以預見它將成為二十世紀整個物理學研究的基礎，分子、原子以及它們變化的能量過程的理論都離不開這一理論的支持。可惜現在人們還不能充分意識到這一點。」
 
 
 
　　「是的，今天我們一共才邀集了18個人，而且意見還不盡一致。我想再過一年，最多兩年，我們將會看到，經典理論中現已顯現出來的那個裂縫將不斷擴大，那時當前還置身於這個問題之外的人將統通會卷了進來。」
 
 
 
　　「我相信，用不了兩年，這次會議之後就會出現一個量子熱的。」
 
 
 
　　「不過愛因斯坦先生，您的聰明智慧勝過我十倍，為什麼您不全力以赴在這個理論上再做貢獻呢？」
 
 
 
　　愛因斯坦幽默地捋了一下他的短鬍子說：「可惜上帝給我的精力有限，而他又給物理學的晴空裏送來兩朵烏雲。我現被那另一朵烏雲罩住正脫不得身呢。」
 
 
 
　　愛因斯坦說的另一朵烏雲是什麼，且聽下回分解。

第六十回
小實驗捅破舊理論，巧裁縫難補百衲衣
 
——以太說的被否定　　上回說到普朗克等十多位物理學家在布魯塞爾高高興與地聚會，普朗克問愛因斯坦何不索性入伙，全力來攻量子論。愛因斯坦提醒他不要忘了物理學的天空上除「黑體輻射」外還飄着另一朵烏雲。
 
 
 
　　各位讀者，你道這朵烏雲是什麼，這便是那個權威的「以太說」，突然遇到了挑戰。
 
 
 
　　原來自從牛頓創立經典力學之後，這物理學的大廈真是金碧輝煌，美妙之極，無以復加。難怪當年普朗克的老師都勸他再不要在物理研究上打什麼主意。牛頓力學是一把萬能鑰匙，好像凡自然界的現象都能用它一一解釋。你看偌大個宇宙都在牛頓的手中掌握，伸手一指，那隱匿極深的海王星就趕快前來報到，再蒞指一算，外出76年的哈雷雪星也要按時回來復命。另一面它又成功地解釋了我們生活中諸如拉車、走路、流水、颳風等小至雞毛蒜皮一樣的問題。於是力學的分支越來越多，如流體力學、剛體力學、彈性力學等等，人們也越來越願意把一切運動變化都歸結為簡單的力，如：「化學親和力」、「生命力」、「光反射力」、「電接觸力」等。彷佛世界上的一切都可以套用機械的力學來解釋了。
 
 
 
　　牛頓的「力」這樣神奇，那麼它通過什麼傳遞呢？推車得用手抓住車把，碧波蕩漾離不開水，聲波傳播離不開空氣。可是，地球離太陽一億五千萬公里，這之間既無水也無空氣，太陽借什麼媒介來施展自己的引力呢？物理學家們又想出一個假設，說宇宙間充滿一種很稀薄的物質，天體或其他物體間的作用就靠它作媒介，笛卡兒借用古希臘的哲學名詞，叫它為「以太」。此說一起，許多難題果然迎刃而解，引力靠以太傳播自不必說，法拉第的電磁力也離不開它，麥克斯韋證明光也是一種電磁波，當然光的傳播也就離不開它了。更重要的是，以太的存在正好說明牛頓的絕對時空觀，有了這麼一個絕對靜止的以太才會有地球、太陽等一切相對於它的運動，要不那些星球的運動拿什麼來參照？以太成了19世紀中期物理學家們最溫柔的保姆，成了他們可以信賴的上帝。
 
 
 
　　但是總有一些聰明、勇敢的人在一種迷信和一片虔誠中首先提出問題。這以太既然無處不有，為什麼我們就感覺不到呢？另外，光波是一種橫波，橫波必得由固態介質傳遞，以太即該是固態了，但這樣一來就等於我們被澆鑄在一個透明的以太玻璃球里，可是又不影響我們隨意的動作——這真是太不可思議了。
 
 
 
　　有疑必定有問。事有湊巧，1884年，那個治學嚴謹，輕易不外出講學的湯姆生終於被請到美國來作報告了。美國當時比起歐洲來科學很是落後，它就想方設法請名家來講學，以後還重金收買人才。湯姆生的來到自然是一大喜訊，報告那天科學界人士濟濟一堂。報告休息時大家又擠到這個世界名人跟前七嘴八舌地問這問那，自然也提到那個神秘的以太問題。湯姆生說：「以太到底是否真有其物，現在還不能定論。我們只知道地球是以每秒30公里的速度繞日運行，那麼迎面就應該有一股以太風不斷吹來。如誰能用實驗證明了這股風的存在也就證明了以太的存在，但這要靠實驗。」又是說者無心，聽者有意。這時在人群里有一無名青年，聽到權威湯姆生的這句話心中不由一動，一個新研究課題便喀嚓一聲在腦子裏掛上鈎了。
 
 
 
　　這個青年就是米高遜(1852－1931)。他原是德國人，兩歲時父母帶着他飄洋過海到美國來謀生。十七歲時他考進海軍學校，在海軍服役期間省吃儉用積攢了一點錢，便於1881年到柏林、巴黎等地留學了兩年，然後又重返美國。真是人各有好，米高遜被光的各種現象迷得如醉如痴，在歐洲到處拜師訪書，專解這方面的謎。他在歐洲還親自研製了一台可以測定微小長度、折射率和光波波長的光的干涉儀。就是用這台干涉儀他於1902年測算出了獵戶星座一等變光星的直徑為兩億四千萬英里，大約是太陽直徑的三倍，這是天文學史上第一次準確地測量星球。運用光來搞測量實在是米高遜的拿手好戲。
 
 
 
　　再說那天米高遜在人群里聽了湯姆生的話，心中一動，回來後就開始研究找以太的辦法。他想地球這隻小船在以太海洋里以每秒三十公里的速度航行，我如果向逆着以太風的方向和垂直於以太風的方向同時射出一種東西，根據經典力學原理它們的合成速度肯定不同。如果能測出這種差別不就證明以太確實存在了嗎？用什麼東西來做這種實驗呢？這當然是它得心應手的武器－光。他這樣不斷地研究改進，到1887年終於在莫雷的合作下完成了物理學史上那個很著名的實驗。這年愛因斯坦才八歲，他萬沒想到一個物理學前輩現時正在為他向相對論進軍掃清道路呢。
 
 
 
　　米高遜的實驗裝置是這樣的，在一個大水銀池中飄着一塊堅固的大理石板，這是為了既能靈活轉動又不致搖晃，從石板一側發出的一束光打到石板中心的玻璃上。玻璃成斜角，上面有一半鍍一層銀，這樣射來的光線就被分成兩束，一束照直穿過，一束反射到與光線來路垂直的方向。這兩束光走過相同的距離後分別在石板邊的兩面鏡子上再反射回來，匯合在望遠鏡頭裏。因為光線分成90°角，一束是逆以太而行，那一束必是垂直於以太而行，兩束光的速度便應該有差別。這可以根據它們在望遠鏡頭裏匯合時的干涉現象來確定。讀者也許要問，光速這樣快，你這塊石板能有多大，就是有差別也難測出。但是你要知道地球也在以每秒30公里的速度前進，那麼逆着以太的光和橫向的光每秒也應相差30公里。而米高遜這個製造儀器的高手，他的干涉儀就是一億分之一秒的光行差也能測得出來。
 
 
 
　　再說米高遜和莫雷架起這台儀器，他們先測了一次，從望遠鏡里看正是最大亮度，這說明兩束光是同時返回的，它們的速度相同。米高遜又把儀器轉一個角度，這塊大石板在水銀上極平穩靈活地滑動一下，鏡頭裏的光仍是和剛才一樣的亮。他真有點納悶，乾脆把石板輕輕推着繞着圈觀察。可是無論他將儀器轉成什麼角度，看到的結果仍然不變。他眼睛都看疼了，便喊莫雷繼續來看，莫雷又把那個石板像推磨似地推了幾圈，喊道：「米高遜先生，仍然看不出什麼差別，怕是我們的儀器靈敏度不夠吧？」
 
 
 
　　「不可能。這台儀器我已經把它調到連植物在一秒鐘內的生長量都可以觀察到。如果有以太存在，每秒30公里的光行差是一定能夠反映出來的。」
 
 
 
　　「那就說明以太在隨着地球作百分之百的移動，我們應該儘量離開地面，到高空試一試是否有以太漂移。」
 
 
 
　　但是米高遜和莫雷把他們的裝置搬到高山頂上，甚至隨着氫氣球上升到半空，還是測不出這種以太引起的光行差。結論只可能有兩個：要麼是地球根本就沒有動，要麼以太這東西根本就不存在。但無論那一條都是一說出口都教人目瞪口呆的新聞。這天體運動經哥白尼發現到牛頓最後證明是決不能懷疑的。相比之下倒是以太說還有一點漏洞，看來宇宙間根本就不存在什麼以太。米高遜本是想以精確的實驗為以太的存在提供證據，不想結果適得其反，卻從根本上否定了以太。一個小小的實驗卻戳破了人們想像中的宇宙。
 
 
 
　　正是：
 
 
 
　　本欲門上去貼金，手只一碰戳破門，
 
　　原來大門是紙糊，何必為它費苦心！
 
 
 
　　這米高遜實驗實在精巧，後來愛因斯坦曾有一段話專門評價他道：」米高遜實驗得出了一個任何人都應當理解的真正偉大的結果。我總認為米高遜是科學中的藝術家。他的最大的樂趣似乎來自實驗本身的優美和所使用方法的精湛。他受過的數學或理論訓練很少，又沒有理論方面的同事的指導，而能夠設計出米高遜－莫雷實驗，那是非常驚人的。「
 
 
 
　　再說米高遜的實驗結果一宣佈立即在物理學界引起一場軒然大波，本來萬里無雲的藍天上突然出現了一朵烏雲。因為以太一旦被否定，城門失火，殃及池魚，那牛頓力學的絕對時空觀將要從根本上動搖。已經伴隨人們過了兩個世紀，指導物理學家作出無數發現的牛頓力學現在突然失靈了，經典物理學家金碧輝煌的大廈突然出現了裂縫。於是各國的物理學家們紛紛提出各種方案來挽救以太，總希望米高遜的實驗能有另一種解釋。
 
 
 
　　1892年英國物理學家斐茲傑惹提出了一個挽救以太的好辦法。他假設一切物體在自己的運動方向上都要收縮，而且還給出一個公式，收縮的大小隨運動的速率而增加。每秒運動11公里的物體，收縮十億分之二左右，每秒運動26萬公里的物體，收縮百分之五十。物體運動的速度達到光速，它在運動方向上的長度就變為零。長度的收縮不會出現負值，所以光速也就是宇宙中所能達到的最高速度。這就是有名的斐茲傑惹收縮。按照這個假說，米高遜在實驗時，順着地球運動方向的兩塊鏡面間距離就會變短，這正好彌補了光束逆以太傳播而減少的速度，所以並不影響它和另一束橫向光同時返回到觀察鏡里。
 
 
 
　　還有一位荷蘭物理學家洛倫茲1904年提出一個更嚴密的假設，他在一篇論文中說：當電子在以太中運動時，電子將會從圓球變為橢球(它沿運動方向的半徑變短)。這樣收縮說就更有根據了。好個洛倫茲，為挽救以太，竟一口氣提出了十一個方案。他還提出了著名的」洛倫茲變換「，說明相對運動的坐標系之間的轉換關係。和斐茲傑惹的長度縮短相似，洛倫茲又提出當電子運動的速度達到每秒26萬公里時，質量會增大百分之百；而達到光速時，質量無限大，這當然不可能，又正好說明光速是一個極限。
 
 
 
　　光速既然是一個極限，米高遜的實驗又證明了無論哪個方向上的光束都是一樣的速度，這不就是一個實實在在，乾淨利素的結論嗎？何必又要把以太扯進來呢？而且以太既然是靜止不動的，它絲毫沒有自己的速度、質量，這和不存在又有什麼差別？正像一個舊王朝被推翻之前，總有人千方百計地想出許多改良政策以延長其壽命。一個舊學說被拋棄前，人們也總是想把新事物和舊理論統一起來，希望它還能維持住它的權威。可是這以太說已經如同一件老和尚的百衲衣，補釘實在太多，縱然有斐茲傑惹、洛倫茲這樣的好裁縫也實在難以補綴了。
 
 
 
　　各位讀者，說到這裏容我們作一簡單回憶。大凡一個新學說誕生之前人們總要演一出霸王別姬或長亭相送之類的戲，以表述自己對舊學說不能長存的哀怨和惋惜。想那哥白尼體系誕生前夕，托勒玫體系已搖搖欲墜，大量的天文觀察已證明它誤差太多。為修正這種誤差，人們假設行星按均輪軌道繞地運行時自己又按本輪運行，一個本輪不行，再加一個，一直加到十八個，真是不厭其煩。在氧氣發現前夕，燃素說開始漏出破綻，參與燃燒的物質會減輕重量，就說這是燃素跑掉了。可是有時反而會增加重量，這時就說燃素有負重量。在能量守恆定律發現之前，人們不知道熱能是運動的形式，而設物體的冷熱是熱素在來回流動。但是一個老婦人無論怎樣梳洗打扮也是不能當作新娘出嫁的。這種改良性的假設總不能維持長久。時間越長，危機越深，結果便是一場必然到來的革命，這就是哥白尼、拉瓦錫、焦耳的出現。現在以太說經米高遜往1887年捅破之後，人們修修補補，勉強維持到1905年，這時有一個年輕人再也不願接受這種改良了，於是便振臂一呼，提出一個革命性的學說。
 
 
 
　　此人到底是誰，且聽下回分解。

第六十一回
天馬行空 小職員發表高論，價值連城 短論文裝備大軍
 
——狹義相對論的創立　　上回說到以太說雖經多方改良但已很難維持局面，這時有人便乾脆提出一個全新的革命學說，此人就是愛因斯坦(1879－1955)。
 
 
 
　　1905年當物理學界正被天空出現的兩朵烏雲所困擾時，愛因斯坦正在瑞士伯爾尼專利局當一個三級小職員。他已經想清楚這個問題，提出了一個嶄新的「相對論」。
 
 
 
　　各位讀者，這相對論實在難懂，據說當時全世界只有三個人能弄懂它。愛因斯坦成名之後許多人慕名去聽他的報告，但又常常聽不懂，後來愛因斯坦也摸着這些聽眾的心理，總是在報告的前半部分講些熱情洋溢的話，然後宣佈：「現在休息，那些對下面問題不感興趣的女士、先生們可以退場了。」愛因斯坦很羨慕卓別林的電影擁有眾多的知音。一次，他們見面了，愛因斯坦說：「卓別林先生，您真偉大，您演的電影全世界人人都能看懂。」那位幽默大師立即說：「您也很偉大，您的相對論全世界幾乎沒有幾個人能夠弄懂。」相對論如此難懂，我們就只好深理淺說，長話短敘，先簡單交待幾句再講愛因斯坦的故事。
 
 
 
　　米高遜實驗證明，無論順着還是逆着地球運動的方向光速都是一樣。愛因斯坦就緊緊抓住這一點把它固定下來，叫光速不變原理。就是說光源無論是向我們跑來、離去或靜止都不能改變光速。這是因為光源的運動造成光的頻率和波長的改變，它們互相補償，所以光速保持不變。這是愛因斯坦理論中基本的一條，有它為前提才能討論以後的問題。這好像很難懂，但我們用實際生活中的例子一比也就十分清楚了。比如你原地不動，對面有人向你扔過一個皮球來。你能看到他的頭、臉、身、手和皮球，這當然是因為光從他身上反射到你的眼裏。如果按照經典的速度合成原理，球一出手後就有一個向你而來的速度，這時球反射到你眼中的速度是光速加球速，比球未出手前要快(多出一個球速)。但是這一「快」就糟了，你就會先看到正在空中的球，後看到拿在手裏的球。如果真是這樣，我們怎麼能看籃球比賽呢，生活中的一切動作豈不都要顛倒過來？所以無論光源如何動，光速總是不變的。經典理論的速度合成原理一碰到光速就不適用了。在天文觀察中也能說明這一點，有一種「雙星」是在軌道上互相繞着運行，就是說某星一會兒向地球飛來，一會兒又繞走了，離地球而去。如果按速度合成原理這麻煩就更多了，這星會以光速加星速、光速減星速(星速對地球來說又在不斷變)等不同速度接連送到我們眼裏。我們看到的就不是一顆星，而是一大堆星的幻影了。可是這種現象從沒有發生，否則本來就夠紛亂的星空就更是一鍋粥了。當然，愛因斯坦還有許多具體的證明，我們這裏不過是儘量從淺處說明罷了。
 
 
 
　　既然承認光速不變，我們就有了一個標準尺度，用這個尺度來量時間，這下可發現了一個大問題－原來時間卻沒有個固定標準，它是相對的，可變的。這就碰到了牛頓經典物理學最要害的地方。牛頓認為時間和空間都是絕對的，自從上帝將它創造好後就在那裏安安靜靜地存在，獨立地存在，與外界任何事物無關。現在愛因斯坦說：不，在兩個作勻速直線運動的參照系中，一切自然規律都是相對的。在這個參照系裏觀察是靜止的，在那個參照系觀察就可能是運動的，不單力學實驗，連光學實驗，任何實驗也測不出絕對運動和絕對時間。因為我們用眼睛看表，看到的是表發來的光信號，而光的傳播需要時間，我們所處的位置不同，看到的時間表面上相同，實際已經不同了。從月球到地球，光約走1.25秒，地球上紅光一閃，一顆炸彈爆炸，在月球上的太空人和地球上的人都「同時」看到了這一閃，可是實際上月球上的太空人比地球上的人要晚看到1.25秒。我們平時總覺得同時、同時，那是因為光速太快，這種誤差根本覺不出來。所以愛因斯坦在給人講相對論時常先在黑板上劃一條白線，幽默地說：「請你們想像這是宇宙中的一條線，在這條線的每一個點上都掛着一塊表」。他講到高興時常常過了點，便問前排的人現在幾點，然後抱歉地說：「對不起，我給宇宙里的每一處都掛上一塊錢，可是沒有能給自己口袋裏掛一塊表。」
 
 
 
　　在確定了光速不變，拋棄了牛頓的絕對時空觀後，愛因斯坦得出這樣幾個重要結論。
 
 
 
　　第一，便是看來很不可信的「鍾慢尺縮」。就是說在運動中的鐘會比靜止時走得慢，尺子也會縮短。我們平時處在低速運動中當然不可能覺察，但是如果以每秒26萬公里的速度運動時，一米的尺子就會縮成半米，地上過了一小時，運動中的時鐘卻才走了半小時。一個人要是坐上光子火箭到宇宙里去旅行，當他歸來時會奇怪地發現，兒子已白髮蒼蒼，而自己卻還那樣年輕。這樣的試驗我們當然還不能做，但是同樣道理的實驗卻完全可以證明運動中的鐘確實會變慢。前幾回我們講到原子的放射性時，已經知道了什麼叫「半衰期」。某一種基本粒子的半衰期是固定不變的，因此我們可以把它看成是一個「鍾」。根據相對論，運動粒子比靜止粒子的半衰期就應該長一些，實驗結果，從粒子加速器里出來的以接近光速的速度運動的粒子比其他靜止的粒子確是衰變得慢。
 
 
 
　　相對論的第二個結論是揭示了質量和速度的關係，運動中的物體比靜止時質量增加。第三個結論是講質量和能量的關係，這就是那個極其著名的愛因斯坦方程：
 
 
 
　　E＝mc^2
 
 
 
　　過去我們講過質量守桓定律和能量守桓定律，而愛因斯坦現在卻把兩個定律統一在一個公式里了。E是能量，m是質量，c是光速。從公式中可以看出，每一點物質，只要它有質量(這是當然的)，那怕是石塊、木棍、塵埃都含有極大的能量，因為光速是一個很大的數字。比如1公斤煤，完全燃燒後只能放出3.35×10^4千焦的熱，這只是它所蘊藏的極小的一部分能量，如果能把它的全部能量都釋放出來就有9.04×10^14千焦。這相當於一個大城市幾年消耗的電力。而每克物質所含的能量就有8.37×10^11千焦。可惜我們現在還沒辦法將它們全部釋放出來。
 
 
 
　　好，辦不到的事我們先不去說它，但是自然界切實存在的事卻可以來驗證這個公式。很久以來人們一直不理解太陽為什麼能如此長期地燃燒而不滅。開始人們解釋說太陽就像一塊大煤在持續燃燒，可是一算這塊煤頂多夠燒1500年，而太陽系已存在了幾十億年了。放射性發現後人們又猜測太陽是一塊大鈾在不斷地衰變而放出能量，這樣倒真可以持續幾十億年。但是，很可惜太陽不是鈾構成的，正好相反它是氫、氮這類的輕元素構成的。到本世紀的二、三十年代，人們用愛因斯坦的公式來解釋太陽聚變釋放能量的過程才圓滿地回答了這個問題。這樣，愛因斯坦的這個質量等價定律使經典物理學中不能稱重的能量也變成可以稱一稱了。現在我們已經可以算出一個10瓦的燈泡每分鐘發射的光輕於7×10^-12克，但是每天太陽放出輻射能，其損失的質量將達4×10^11噸。電磁場也可以稱量，一個1米直徑的銅球充電到1000伏的電勢時，它周圍的場重2×10^-22克，一個普通實驗室里的磁場重10^-15克。熱能也可以稱量，一公升水在100℃時比同樣數量的冷水重10^-20克，一個兩萬噸級的原子彈所釋放的總能量約重1克。
 
 
 
　　各位讀者，這個愛因斯坦真正是不簡單，我們平時誰會想到光、熱、電、磁是可以稱出重量的呢？而他想到了，並且還找到了切切實實的換算辦法。人們過去對能量守恆和質量守恆的研究，就如在一座大山的兩頭挖着隧洞，兩條洞就要銜接了，可是彼此誰也不知道。這時愛因斯坦是來舉起鎬頭輕輕這麼一敲，兩洞之間的隔壁就轟然倒塌，質能之間有了一條可以隨意暢行的坦途。這就是科學研究的突破，這就是飛躍。凡科學偉人都是善於找見這個問題與那個問題，這個領域與那個領域之間的結合部、聯繫點，從而打出一個新的天地，或者將過去人們在向科學進軍中建立的分散根據地溝通聯成一片。科學成果的取得像我們政權的取得一樣，也是這樣由小到大，由分散到統一。我們回想一下前面講過的幾個科學偉人，牛頓對比了月亮、蘋果之間的重力聯繫，創立了萬有引力；法拉第找見了電磁間的聯繫，使磁變成了電；麥克斯韋弄清了電場磁場間的聯繫，創立了電磁場理論。現在愛因斯坦又找見了質能之間的聯繫，創立了相對論。人類在征服自然中就是這樣步步登高，視野愈來愈寬闊。治學之大敵是甘做井底之蛙，只見頭上的一眼藍天而不知世界之大。
 
 
 
　　這個道理說來容易，但為什麼總是只有少數偉人才能做到這點呢？自然那牛頓、法拉第、麥克斯韋各有其長，而愛因斯坦更有他的特殊之處。
 
 
 
　　愛因斯坦1879年3月14日生於德國南部的烏爾姆小鎮。這個小鎮就是當年笛卡兒在夢中發現坐標系的地方，而1879年又正是麥克斯韋完成了他在人世間的偉業後開始長眠之時。真是天將降大任於斯人而精心選擇了此時此地。他並不像其他科學家那樣小時候就聰慧早熟，四、五歲時還不大會說話，以至於父母真怕這孩子會痴傻，中學畢業時又沒拿到畢業證。但是他卻很喜歡抽象的思維，剛上中學時領到一本新幾何課本，他立即被那裏面嚴密地邏輯證明迷住了，以至於老師還沒有正式開課，他早把這本書自學完了。他喜歡自己學習、思考，他討厭學校那種強制性的教學法，他說：「依我看，學校若主要靠恫嚇、威脅和人為的權威教學，那是最壞的。這種教學方法摧殘了學生們的健康感情、誠懇正直和信心，培養出來的是唯唯諾諾的庸碌之輩。」愛因斯坦是一個天生不願受任何約束的人，他大學畢業後在伯尼爾專利局當一名審查專利的小職員，這給他提供了一個自由的環境。他與其他三個青年人組織起來成立了自己的「奧林匹亞科學院」，經常東南西北地亂扯閒談，從物理到哲學無所不包，而新思想就在這種碰撞中閃出了火花。大凡一種新科學思想的生成，一是要有充分的外部自由，沒有什麼旁加的干涉和硬派定的題目，純出於研究者自覺的興趣，自由地干他所想幹的事，如牛頓在家鄉躲瘟疫而發現萬有引力，如孟德爾在修道院發現遺傳規律，如卡文迪許把自己關在房裏發現氧氣。二是要敢想，如哥白尼敢把舊天文學倒轉過來，如赫胥黎敢想像人是猴子變的，如普朗克敢把連續的輻射想像成不連續的能量子。愛因斯坦就具備了這兩條。他還是一個16歲的中學生時，就想：要是人和光速一樣快地運動，會是什麼樣子。他26歲時在專利局作着小職員，聽到了米高遜的一系列實驗和洛倫茲修修補補的解釋，便大筆一揮連續寫了三篇論文，提出了上面我們談到的那些別人無論如何也不敢想的問題。就是那個為相對論掃清了道路的米高遜，至死也不敢相信相對論的原理。1931年，當他79歲第一次見到愛因斯坦時，這位老前輩遺憾地說，「我真沒想到，我的實驗反倒促成了相對論這樣一個怪物的誕生。」
 
 
 
　　這個「怪物」是在1905年誕生的。愛因斯坦天馬行空般的思維，捕捉到了這種絕妙的構思，於是一揮而就，給當時的權威雜誌《物理學紀年》寫去一篇只有三頁的論文。論文中他沒有引用任何一個權威人物的結論，全是自己的語言，自己的思想。這篇東西在當時並未引起多大反響，因為它實在太怪了，愛因斯坦自己也說：「推斷非常誘人，然而上帝是否在笑我，在騙我，當前還不得而知。」但是以後隨着實驗的不斷驗證，這篇論文卻變得價值連城。後來，1936年，美國一支志願軍要出發去支持西班牙的反法西斯戰爭，但是苦於沒有軍費。他們就派代表去會見愛因斯坦。愛因斯坦說：「我能給你們幫什麼忙呢？」
 
 
 
　　「我們只要您1905年的那篇論文手稿。」
 
 
 
　　「這對戰鬥有什麼用呢？」
 
 
 
　　「先生，您的這篇手稿現在可以拍賣400萬美元，這正是當前我們最缺少的東西。」
 
 
 
　　「噢，原來是這樣。可惜手稿早已散失，不過我可以找來雜誌重抄一份。」
 
 
 
　　愛因斯坦找來那本《紀年》，花了一個晚上將論文重抄了一份，真的靠它武裝了一支軍隊。不但是論文手稿，後來只要愛因斯坦到一個地方講學，他寫過公式的那塊黑板，也常常是聽課人的必爭之物，他們視為最珍貴的紀念。這是後話。
 
 
 
　　再說，當1905年載有愛因斯坦的《論運動物體的電動力學》一文的黃色封面的《紀年》送到普朗克教授手裏時，他正躺在柏林醫院裏治病。這篇文章就像一支強心針一樣使他猛然起身下床，大喊一聲：「一個新的哥白尼出現了！」然後立即喊家人拿紙筆來給愛因斯坦寫信，「先生，您的這篇文章將會在世界上引起一場什麼樣的戰鬥啊！您知道嗎？這隻有為哥白尼世界觀的傳播而進行的鬥爭才能與之相比。可惜我們未曾晤面，我也是第一次拜讀大作。請告訴我，您現在哪其工作，我能為您做點什麼？」
 
 
 
　　愛因斯坦回信說：「我現在是專利局的一個三級職員，不過最近他們準備提升我為二級，這樣生活問題也可能會好一些。」
 
 
 
　　普朗克火了，想不到對方竟連個大學的教職也沒有得到，他的這些研究是在什麼條件下完成的啊。他又立即提筆給伯爾尼的格魯涅爾教授寫信：「我向您推薦一位青年，他是我們當代最偉大的物理學家之一，他就是阿爾伯特•愛因斯坦，請您能幫助他在大學裏得到一個教授職務。」
 
 
 
　　格魯涅爾拿到信立即找到愛因斯坦，請他送一篇論文來，愛因斯坦送上自己關於相對論的那篇論文，格魯涅爾自己拿不準，又請搞實驗物理的福爾斯特教授來審讀。幾天後論文退了回來，上面批着「讀過了。然而不知道在說些什麼。」
 
 
 
　　因為愛因斯坦發明了一個超出一般人思維水平的怪理論；所以他儘管得到普朗克等少數物理學家的賞識，但還是在本地找不到一個好工作。直到1909年他的母校蘇黎世大學才聘他為副教授，後來又到布拉格工作幾年，再回蘇黎世。而普朗克總不死心，他認為柏林這個歐洲物理學的中心不能沒有愛因斯坦，決心要把他挖來。
 
 
 
　　1913年夏天，一輛火車駛進蘇黎世車站。車上下來兩個年過半百的學者，瘦一點的是普朗克，那個矮胖子是能斯特。他們今天是專來遊說愛因斯坦去柏林的。愛因斯坦手捧一束鮮花早就在車站恭候。自從上次索爾維會議之後他們已結為忘年之交。
 
 
 
　　普朗克一下車就和這位34歲的青年物理學家熱情擁抱，像對自己的孩子那樣親熱。接着他們邊走邊談。能言善辯的能斯特立即擺出愛因斯坦到柏林後的優惠條件：「知道您是一個喜歡自由的人，但是我們也不能不給您一點榮譽和職務。第一，任威廉皇帝物理研究所所長；第二，任柏林大學的教授；第三，任普魯士科學院的院士。不過當所長可以不管事，當教授可以不教書，時間全由您支配。另外，其他院士只是名譽，您這個院士卻是實任，每月薪水1萬2千馬克。」
 
 
 
　　愛因斯坦哈哈笑道：「您可真會做買賣，把我作為一隻良種母雞，捨得花大價錢買去好為你們下蛋。可是我自己還不知道能不能再下蛋呢。去不去柏林，容我再作幾天的考慮。」
 
 
 
　　這次普朗克和能斯特到底能不能把愛因斯坦請去，且聽下回分解。

第六十二回
太陽作證 相對論顛撲不破，納粹逞凶 科學家流落異國
 
——廣義相對論的創立　　上回說到普朗克和能斯特專程到蘇黎世勸說愛因斯坦到柏林來工作。盛情難卻，愛因斯坦便於1914年4月走馬上任，從此在柏林渡過了十九個年頭。
 
 
 
　　愛因斯坦剛到柏林不久就遇到兩件大事，一是爆發了第一次世界大戰；二是他的妻子米列娃與他分居，帶着兩個孩子回蘇黎世去了。米列娃是他大學時的同學，俄國血統，性格倔強，她帶認為自己也是很有科學天才的，而愛因斯坦這樣把孩子和家務都壓在她身上，耽誤了她的成就，便決定分手。好不聰明的女人！其實，這樣一個世界偉人整個都是屬於你的，你與他已溶為一體，復又何求呢？縱然不能如瑪麗與居里那樣比翼齊飛，就如愛瑪與達爾文那樣紅花綠葉，也同樣會家庭幸福，有功於世，何必要單槍匹馬自闖江湖呢？青年讀者中或許從這三個科學家的家庭組合中能悟出一點道理。不過這是說書人的閒話，暫且不表。
 
 
 
　　再說1914年米列娃帶看孩子走後，第二年九月，愛因斯坦想子心切，又回蘇黎世探親一次，順便拜訪了正住在日內瓦附近的法國大作家羅曼•羅蘭。幸好這個大作家在他的日記里為我們留下一幅愛因斯坦的素描像，而我們只顧講他的理論，卻倒忘了介紹他的外貌，現正好錄存於下：
 
 
 
　　愛因斯坦依舊是個年輕人(他當時36歲)，個子不高，長方臉，深黑的、略微夾雜着幾根灰白的頭髮，長而且密，鬈曲着聳在高高的眉毛之上，他的鼻多肉且凸，他的嘴小而唇厚。雙頰豐滿，下巴圓潤，留下一小撮剪得短短的鬍子。一口生硬的法語，不時穿插一兩句德語。他活潑、富有朝氣，喜歡笑。不時在最嚴肅的思想(交換)中，夾雜着幾句俏皮話。
 
 
 
　　……沒有任何德國人的言行能像他這樣自由自在。換一個人也許會在去年這一可怕的時期里深受孤立的折磨，但他卻毫不如此。他大笑。他發現在戰時仍有可能撰寫自己最重要的科學著作。
 
 
 
　　羅曼•羅蘭這裏說到愛因斯坦一到德國就受「孤立的折磨」，又說他在寫重要著作，是怎麼一回事呢？
 
 
 
　　原來大戰一爆發，在「保衛祖國」的幌子下德國軍隊瘋狂地向外侵略，國內實行總動員，許多科學家也穿上軍裝。而當時最著名的學者文人聯合發表了一個為德國擴張政策辯護的聲明，說：「要不是由於德國的赫赫武功，德國文化早就蕩然無存了。」這個聲明共有93人簽名，學術界的顯要人物幾乎全包括在內，連普朗克、倫琴的名字也赫然其上，這就是歷史上有名的「93人宣言」，它使一些科學家留下了終生遺憾的污點。
 
 
 
　　聲明起草者也找到愛因斯坦，他雖然新來乍到，卻義正辭嚴地宣佈：「我是和平主義者，我反對一切戰爭！」接着他也出面起草了一份與「93人宣言」對抗的「告歐洲人民書」，但是除他一人簽名外，其餘只有三人，都沒有什麼名氣。一時他確很孤立。
 
 
 
　　愛因斯坦就在這樣孤立的情況下寫他的科學著作，這回是一枚重量級的炸彈——廣義相對論。
 
 
 
　　問題還是從一般人認為最平常、最不注意的地方提出的。
 
 
 
　　牛頓第一定律即慣性定律告訴我們，在作勻速直線運動的慣性系中，物體在不受外力的情況下或者靜止或者作勻速直線運動，這早已是一條檢驗過無數次的真理。假如現在我們坐在一個勻速直線運動的火車上，拉緊窗簾，你感覺不出車在動，你自己坐得很穩，地板上放一個小球，也穩穩地停在那裏，就是說都保持一個靜止狀態。這時突然來一個急剎車，你向前跌了一下，球也向前滾去。你和球都沒有受到什麼外力呀，為什麼會改變這種靜止狀態呢？難道牛頓的慣性定律不適用了嗎？對，就是不適用了，牛頓這條定律只適用於勻速直線運動的慣性系，剛才火車一加速，參照系已經變成非慣性系了。這就像我們在前面講過的「黑體輻射」問題一樣，瑞利公式只適用於較長的波長、較高的溫度，反之就立即失靈，現在慣性定律一到非慣性系也就立即失靈了。那麼能不能像普朗克導出一個兩全其美的公式那樣，也有一個既適應慣性系又適應非慣性系的辦法呢？愛因斯坦正是想到了這一點，於是他要把適用於勻速直線運動的相對論推廣到在非慣性系也能適用，這就是廣義相對原理。
 
 
 
　　狹義相對論是從人們習以為常的「同時」，即絕對時間觀上找見突破口的，廣義相對論也在一個人們司空見慣的問題上找見了突破口。比如手裏拿着一粒石子，一鬆手，石子直線下落。這可以有兩個解釋，一是地球的吸引，就是說石子有引力質量；二是石子自由落體，有慣性質量。這在牛頓定律里分成兩條來表達，但是這兩個質量怎麼這樣一致呢？看來它們的效果是一樣的，這就是「等效原理」。
 
 
 
　　說起這個原理還有一段故事。1913年夏天愛因斯坦邀請居里夫人到瑞士來渡暑假。他們帶着兩家人的孩子高高興興地登上了阿爾卑斯山。腳下白雲繚繞，深谷千仞，孩子們高興地喊着、叫着。突然，愛因斯坦一把抓住居里夫人的手臂說道：「要是我們坐着升降機從山谷底上來，突然吊索斷了，會有什麼感覺呢？」
 
 
 
　　居里夫人先是吃了一驚，然後笑道：「我想您不會讓我們現在就來親身試驗一下吧。」
 
 
 
　　愛因斯坦笑了，孩子們也都哈哈大笑起來。這就是那個有名的「愛因斯坦升降機」實驗，雖沒有誰親身去試，但是其中的道理卻完全能想得出來。假如有一個升降機處在宇宙空間，你站在裏面就會失重，身體飄在空中。這時升降機開始以剛好等於地面重力加速度9.8米/秒^2勻速直線上升，你就會恢復重量，重新站在了地板上。換一個方法，升降機下降，降到地面時你也會恢復重量，站在地板上。前一種情況人受到慣性力，後一種情況人受到引力，只要加速系的加速度等於引力場強度(都是9.8米/秒^2)慣性力場就等於引力場，也就是說是等效的。因為人被關在升降機里是根本區分不出是哪種力生成作用的。根據同樣道理，這個升降機里不是坐着人，而是一枚向斜上方拋出的勻速直線運動的石子，那麼這石子也會改變方向而成拋物線彎曲下落。如果是一條平行射入的光線，這光線也會彎曲向下。
 
 
 
　　好了，愛因斯坦那天馬行空般的思維立即又推出下一步極重要的結論。既然慣性力場和引力場是等效的，那麼我這個實驗就不必非在加速的升降機里做不可了，在任何引力場中都會發生這種光線彎曲的現象。既然星球有引力能使周圍的光線、空間、時間彎曲，那就可以直接表述為星球的質量使周圍的時空彎曲，連「引力」這個概念也不必要了。——好個愛因斯坦，他在狹義相對論里開除了「以太」，在廣義相對論里又要開除「引力」，將牛頓時空觀、經典力學徹底改造了。他解釋道，地球繞太陽轉動不是什麼引力，是因為太陽巨大的質量使周圍時空彎曲，地球只能按曲線運動。同樣，開普勒給眾星制定的那些軌道也都能這樣解釋，牛頓萬有引力公式作的那些計算也都可以用這個理論去解釋。
 
 
 
　　難怪波恩稱廣義相對論是：「認識自然的人類思維最偉大的成就，哲學的深奧、物理學的洞察力和數學的技巧最驚人的結合。」
 
 
 
　　這個偉大的理論是愛因斯坦在研究完狹義相對論後又經過十年的思考於1916年最後完成並公佈的。與實驗物理學家在實驗室里具體操作不同，愛因斯坦是做着「思維實驗」。對他來說宇宙是一個實驗室，那些星球簡直如伽利略手中的一粒石子，如法拉第手中的一塊磁鐵，他將以往別人都認為是正確的最不懷疑的結論一起拿到這個最廣大的實驗室里一一驗證。他不用像瑪麗．居里那樣住在煙熏火繚中煉鐳，也不用像盧瑟福那樣去費力地打碎原子，他將自己關在書房裏，展開思想的翅膀，盡情地想着「愛因斯坦升降機」的運動。這正中了郭沫若先生在科學大會上的那句祝詞：「科學家也需要幻想，不要以為幻想只是文學家的事。」不過文學家所幻想的是比真實生活更離奇的情節，更完整的形象；而科學家所幻想的是比常見的現象更本質的規律，更抽象的公式。
 
 
 
　　經過這樣冥想了十年之後，有一天愛因斯坦穿着睡衣走下樓來吃早飯，但是他對着盤碗卻不動刀叉。夫人愛麗莎以為他病了，忙用手試試他的額頭，問他什麼地方不舒服。愛因斯坦拉着她的手說：「不，親愛的，我有一個奇妙的想法。」說罷，他使走到鋼琴邊彈起琴來，彈幾下，又停下來自語一句：「一個好想法，真是一個美妙的想法！」
 
 
 
　　愛因斯坦彈了半個小時的琴翻身上樓去了，臨走時告訴愛麗莎：「請不要打擾我」。從這一天起，愛麗莎每天上樓給他送三頓飯，其餘的話不敢多說一句。愛因斯坦竟兩個星期沒有下樓。這天他終於出現在樓梯口，臉色蒼白，身子疲憊，體重足減少了十幾公斤。他將兩頁紙放在餐桌上說：「親愛的，就是它。廣義相對論就要問世，現在我死不死都無關緊要了。」
 
 
 
　　天才的思考抵得過一百個實驗，一個理論物理學家的思想往往夠實驗物理學家去忙幾十年。愛因斯坦創立廣義相對論後，立即提出三個預言讓人們去證明。一是水星近日點的進動會是由於太陽本身引起了空間結構的改變而造成的；二是引力場會使時鐘變慢，即會使原子的振動變慢，光的頻率變低，光譜紅移；三是，引力場會使光線偏折。這三個預言很快被一一驗證(不過請讀者注意，愛因斯坦這裏說的引力場其實並沒有引力，就是指的空間彎曲)。
 
 
 
　　1911年愛因斯坦就曾在一篇論文中提出恆星發出的光由於受太陽的影響會發生彎曲，所以我們看到的恆星位置與實際位置會有一點誤差，但由於平時日光太強，只有在日全蝕時才好觀察，天文學家們如若不信，請去驗證。這可真比當年勒維烈測算海王星還要神奇。於是，1914年有一批好奇的德國天文學家便組成考察隊前往俄國(因為預計在那裏將可以看到一次日全蝕)，以便乘機驗證愛因斯坦的神話。但他們剛到俄國，第一次世界大戰就爆發了，德、俄兩國成了敵國，他們也就被當作戰俘拘留，儀器全部沒收。
 
 
 
　　1919年5月29日，又一次日全蝕的大好時機降臨。英國劍橋大學天文台長埃丁頓立即率領一支觀測隊攜帶了大批器材趕到西非幾內亞普林西比島。那天這裏本來是朗朗晴空，忽然太陽就如一塊冰被慢慢溶化一般失去了自己的形象和光彩，最後全部被陰影遮住，只在四周留下一團蔚為壯觀的日珥火焰，全蝕時間共302秒鐘。片刻白日裏看不見的星斗卻又神奇般地重現天空。埃丁頓和他的隊員們顧不得欣賞這一生難遇的奇景，他們屏息靜氣，只聽見計時節拍器的滴塔之聲，和迅速拍照、換底片的喀嚓聲。16張照片送到英國皇家學會，結果證明愛因斯坦的理論沒有錯，而牛頓錯了。一個英國天文學家、皇家學會會員用自己的觀察數據證明了一個德國人的正確，卻推翻了自己的同胞——偉大的牛頓，皇家學會的老會長——的經典理論，科學是多麼無私，多麼公正。但這件事實在關係重大，英國皇家學會與英國皇家天文學會專門舉行聯席會議，討論埃丁頓的考察報告。會議氣氛緊張而微妙，它將決定在這場理論物理的角逐中，英國人手中的金杯是否要乖乖地交出來。幸虧我們現在還可以看到當時與會的懷特里德留下的一段記錄：
 
 
 
　　整個充滿濃烈興趣的氣氛猶如一出希臘的戲劇。我們則是給在超級市件發展中所揭示出的天意下註釋的合唱隊。在現場中充滿着戲劇性色彩：傳統的儀式，背景中有一幅牛頓的畫像，它彷佛在提醒我們，二百多年前所作出的最偉大的科學總結現在要接受第一次修正。
 
 
 
　　而在這次會議召開前洛倫茲就得到了埃丁頓的分析數據，他第一個給愛因斯坦打電報，報告這個天大的喜訊：「埃丁頓在太陽邊緣發現恆星位移。」愛因斯坦看完後將電報隨手丟在窗檻上。這時，他的一個學生無意中見到這張電報紙，驚喜地喊道：「先生，多麼重要的消息，考察結果與您的計算完全一致。」
 
 
 
　　「我知道是會這樣的。」愛因斯坦卻無動於衷。
 
 
 
　　學生對老師的平靜感到吃驚，又問：「假使這次觀察並不能證實您的預言，那怎麼辦呢？」
 
 
 
　　「那麼，我將為上帝感到遺憾——我的理論肯定是正確的。」
 
 
 
　　但是，在這扭轉乾坤的大發現面前都保持了平靜的愛因斯坦，在人為颳起的旋風中卻再不能平靜了。這次科學驗證，還有其他兩個預言的證實給他帶來了巨大的榮譽，就像當年倫琴、居里夫人所遇到過的那樣，歐美各國立即掀起一股愛因斯坦熱，這對他真是一場災難。1920年2月他在一封信中寫道：「隨着報刊文章的浪潮而來的諮詢、請帖和要求，恐怖地淹沒着我，以致我夜夜夢見自己好像在地獄中受熬煎，而郵遞員——這個魔鬼——還在不斷地咆哮着，向我頭上扔來一疊新的信件。」
 
 
 
　　但是真正的災難還不止於此。就在埃丁頓驗證了相對論的第二年，柏林立即出現了一個反對相對論聯盟。這個卑鄙的組織有反猶太勢力做後台，誰要在報上寫一篇反相對論的文章，就給誰發一筆獎金。愛因斯坦幽默地稱它為「反相對論公司」，公司的一員干將是曾獲1905年諾貝爾物理獎和1919年諾貝爾物理獎的勒納德和斯塔克。這個斯塔克獲獎後公然違背基金會的規定，把科學獎金拿去開設瓷器廠，做買賣賺起錢來。愛因斯坦曾當面斥責他的這種行為，因此他更懷恨在心。後來愛因斯坦又獲1921年諾貝爾物理獎，在這幫人眼裏，低劣的猶太人哪兒配這份重獎？因此排猶和反相對論的叫囂更加猖狂。
 
 
 
　　這天在柏林大音樂廳里又在舉行聲討相對論的報告，這是最近在全國各大城市舉行的20場這樣的報告會中的一場，因為是在首都就更顯得熱鬧。斯塔克挺胸上台開始了聲嘶力竭的報告：
 
 
 
　　「正如政治上我們遇到一個危險的敵人馬克思主義一樣，現在我們在科學上也遇到了一個危險的敵人，這就是愛因斯坦東拼西湊的相對論。凡是相信這樣一個理論的人就不配作一個好的德國人，更不配作一名德國科學家。這個理論不過是愛因斯坦大肆剽竊，故弄玄虛，披上科學外衣的政治陰謀，這是猶太復國主義國際陰謀的一個組成部分……。」
 
 
 
　　於是坐在台下的啦啦隊跟着大喊起來：「對，什麼科學理論，根本不符合德意志精神。」「早該絞死這個臭猶太！」
 
 
 
　　這時愛因斯坦也坐在樓上的包廂里，面對這群無知而又狂妄的人能說什麼呢，他憐憫地笑了笑，還想聽聽他們的奇談。陪同前來的物理學家芬厄見勢不妙忙拉他起身說：「我們走吧，這班傢伙什麼壞事也敢幹的。」
 
 
 
　　希特拉的勢力在一天天地抬頭，他公開喊叫，一旦他上台，就要讓馬克思主義者和猶太人人頭落地。愛因斯坦的處境越來越不好。1932年秋天，他按合同準備出門到美國講學。正是秋風落葉，冬寒將到之際，愛麗莎收拾着行袋，她拿起一本書《反相對論百人集》，這是勒納德那個公司的傑作。愛因斯坦刁着煙斗走進來，他接過書掂了掂說：「才湊了一百個，質量還不夠啊！」啪地一下扔到了紙簍里。
 
 
 
　　他剛到美國不久，1933年1月30日這天，希特拉就正式宣佈上台。這個瘋子就要給地球上製造一場災難。愛因斯坦立即在報紙上發表自己的聲明，嚴厲指責德國納粹主義的危害：
 
 
 
　　「只要我還能選擇，我就將只生活在這樣的國家——在那裏普遍遵循的準則是公民自由、寬容和法律面前人人平等。公民自由就是人們有用語言和文字來表達個人政冶信念均自由；寬容就是尊重他的任何信仰。這些條件當前在德國是不存在的。那些對於國際諒解有傑出貢獻的人——其中有一些是第一流的藝術家——正在德國受迫害。"
 
 
 
　　這一下壞了，愛因斯坦在柏林的家立即被查封，他的著作被衝鋒隊堆在廣場上燒成灰燼，他永遠不能回到祖國了，從此就在美國定居下來。而美國能收留這個科學偉人真是求之不得。他來到普林斯頓高等研究院，表示每年只要三千美元薪金就足夠了，但是院方決不答應，堅持要付年薪一萬六千美元，他們認為再少一元就與愛因斯坦的名聲不符了。德國柏林，這個世界物理研究中心漸漸就要轉移到美國來了。
 
 
 
　　愛因斯坦這根物理世界的大柱子既然已經移到美國，那麼歐洲物理界這時正在做什麼事呢？且聽下回分解。

第六十三回
王子追電子 探得微觀新奧秘，數學加物理 辟出力學新體系
 
——量子力學的創立　　上回說到愛因斯坦被德國法西斯勢力迫害流亡美國。從此，世界物理學研究中心便開始逐漸從歐洲向美國轉移。在這個大轉移還未全部完成以前，讓我們看看歐洲大陸的物理學家們，正在趕緊做一點什麼工作。
 
 
 
　　前幾回講的那個索爾維量子討論會，與會科學家中有一個叫莫里斯的，此人出身公爵世家，卻酷愛科學，他在自己巴黎的住宅內還裝備了一個完善的實驗室。莫里斯有一個弟弟，叫路易斯•德布羅意(1892－)，本是學文科的，但他很尊敬哥哥，也常來他的實驗室里好奇地問這問那。這弟兄二人，毫無貴族子弟常有的那種浮浪之氣，整日潛心讀書，研討問題。
 
 
 
　　再說莫里斯那天開完會從布魯塞爾剛回到巴黎，德布羅意便到家中看望哥哥，並且打聽會議上可有什麼科學新聞。莫里斯將會上關於量子理論的爭論如此這般地講了一回，德布羅意早聽得如醉如痴。半天，他突然張口說道：「哥哥，我要跟您一起研究物理。」
 
 
 
　　「什麼？」莫里斯大吃一驚，「你再有兩年就要拿到歷史學方面的學位，現在改行豈不前功盡棄？」
 
 
 
　　「您放心，文科學位我照樣要爭到手，但是我覺得應給自己再開闢一塊知識領地。歷史，是在人們對已經知道的甚至親身經歷過的事實進行梳理、編織；而物理則是去探尋那些早已存在卻還不為人知的事實，他對我有更大的吸引力。」
 
 
 
　　「可是現在早已不是伽利略、牛頓時代，物理學已伸入到微觀世界，每走一步就更加艱苦。而且過去的宏觀經典理論已不適應，新的理論體系還遠未建立。這時你來入伙實在冒險，也許我們這些人費盡九牛二虎之力，撈的卻是一個水中的月亮。」
 
 
 
　　「，我直覺地感到量子理論是很有希望的，我決心獻出全部精力弄清這神秘量子的真正本質。」
 
 
 
　　正是：
 
 
 
　　金衣玉食何足貴？過眼煙雲不多時。
 
　　聰明貴胄有奇志，不愛虛榮愛真知。
 
 
 
　　再說德布羅意剛下定決心開始對理論物理的研究，不久，第一次世界大戰就爆發了，他便服兵役上了前線，直到1922年他才重回哥哥的實驗室繼續中斷許久的研究。漸漸地他生成了一個大膽的思想：光波是粒子，那麼粒子是不是波呢？就是說光的波粒二象性是不是可以推廣到電子這類的粒子呢？就像當年法拉第由電變磁推想磁變電一樣，德布羅意思路一開立即拓出一片新的天地。1923年他接連發表三篇論文，提出「物質波」的新概念，他堅信大至一個行星，一塊石頭，小至一粒灰塵，一個電子，都能生成物質波。物質波有其獨特之處，它能在真空中傳播不要介質，因此不是機械波。但它又可以由不帶電的物體運動生成，因此它又不是電磁波。他還運用愛因斯坦的相對論，推出了物質波的波長公式λ＝h/mu。即波長與粒子的質量和速度的乘積成反比。他還算出中等速度的電子的波長應相當於X射線的波長。
 
 
 
　　第二年，1924年，德布羅意將自己的這個新思想寫成一篇論文《關於量子理論的研究》去考博士學位。可以說是當時物理學界一個獨一無二的新觀點，許多人看了文章都搖頭，眼看德布羅意的博士學位是毫無希望了。這時他的老師朗之萬出來說了一句話：「我雖然很難相信德布羅意的這種觀點，但是他的論文實在是才華橫溢，因此我還是同意授予他博士學位。」他總算勉強通過答辯。再說朗之萬對這件事總是不放心，也不知他的這個學生到底該算是個才子還是個瘋子，便將論文稿寄給愛因斯坦審閱。愛因斯坦真不愧為一個理論物理大師，他剛讀完文章就拍案叫絕，並立即向物理學界的幾個大人物寫信，籲請對這個新思想給予關註：「請讀一讀這篇論文吧，這可能是一個瘋子寫的，但只有瘋子才有這種膽量。它的內容很充實。看來粒子的每一個運動都伴隨着一個波場，這個波場的物理性質雖然我們現在還不清楚，但是原則上應該能夠觀察到。德布羅意幹了一件大事，另一個物理世界的那幅巨大的帷幕，已經被輕輕地掀開了一角。」
 
 
 
　　花開兩朵，各表一枝。在物理學中同一個題目常常是理論和實驗雙管齊下，稿紙上的推算和實驗室里的測試刀槍並舉，經過一場激戰，堡壘才宣告攻克。
 
 
 
　　事有湊巧，就在愛因斯坦這話剛說過不久，和法國隔洋相望的美國出了一件事。在紐約的貝爾電話實驗室里有一個研究人員叫戴維遜，長期以來他和助手革末在做電子轟擊金屬的實驗。這天二人正聚精會神地觀察，忽然一聲巨響，一隻盛放液態空氣的瓶子倒地炸裂。這下可糟了，實驗用的金屬靶子是置於真空條件下的，現在液態空氣立即氣化，瀰漫全室，鑽進了真空系統，那塊當靶子的鈍鋅板立即就被氧化。他們只好自認倒霉，連夜加班，將這塊鋅板換下來又是加熱，又是洗刷，費力地將鋅板表面的氧化膜去乾淨，再裝回真空容器里。
 
 
 
　　第二天，戴維遜和革末又來到實驗室，他們將儀器安置好後又開始了那個不知重複了多少次的實驗。戴維遜板動開關將電流直向鋅板射去，一邊喊革末調整一下鋅靶的角度。革未將鋅靶輕輕轉了一個角度，戴維遜卻吃驚地喊道：「見鬼，今天怎麼連電子也學會與我繞彎子！——革末，再將鋅靶轉個角度。」
 
 
 
　　「先生，您發現了什麼？」革末一邊轉動鋅靶，一邊問道。
 
 
 
　　「您自己來看，莫非是我的眼睛出了毛病？」戴維遜說着和革末換了個位置。
 
 
 
　　「哎呀，電子束怎麼不穩定了呢？」
 
 
 
　　各位讀者，你道他們發現了什麼？原來隨着鋅板的取向變化，電子束的強度也在變化，這種現象很像一束波繞過障礙物時發生的衍射那樣，但是電子明明是粒子啊，它怎麼能有波的性質呢？戴維遜師徒兩人又將這個實驗重複了多遍，仍然如此，他們一下跌入悶葫蘆里。要說電子也是波，這簡直就好像說人頭上長角一樣不可思議。他們就這樣百思不得其解，在悶葫蘆里一直悶了兩年。
 
 
 
　　兩年後的夏天，戴維遜訪問英國，遇到著名的物理學家玻恩。兩人剛坐好，戴維遜就迫不及待，將那個在肚子裏憋了兩年的問題提了出來。玻恩不聽猶可，一聽戴維遜如此這般地描述，便喜不自禁，也不顧是與客人初次見面，突然在對方肩上拍了一把，大聲說道：「朋友，您已經撞開了上帝的大門。」
 
 
 
　　「難道電子真的也是一種波嗎？」
 
 
 
　　「是的，光有波粒二象性，一切物質微粒也有波粒二象性，電子也不例外。這正是歐洲大陸上近年來最新的理論。可惜這個假設還從沒有人來驗證，想不到證據卻操在你的手裏。」
 
 
 
　　「看來我們美國與這裏遠隔重洋，真是消息閉塞。我要是早一點來訪問，何至於苦悶兩年呢？快請您告訴我是誰提出了這個偉大的假設？」
 
 
 
　　「就是那個法國人德布羅意，這個人本是學文科的，半路出家投身物理。但也正因此他沒有我們同行中慣有的舊框子，所以倒捷足先登。他不但提出假設，還推出公式，能具體地求出粒子的波長呢。他的論文發表在法國科學院會議周報上和英國的《哲學雜誌》上，您可以仔細研究一下。」
 
 
 
　　這兩個科學家越談越有勁，而戴維遜心裏已在悄悄地說：只今天這一席談話我就不虛此行了。拜會過玻恩之後戴維遜已無心再到哪裏轉了，便草草結束了這次訪問。他回到美國後，重做了兩年前的實驗，果然與德布羅意的預言和計算完全一致。原來兩年前的那次液態氣瓶爆裂幫了他的大忙。他和革末對鋅板加熱、洗刷後，鋅板就變成了單晶體，而任何一種波經過晶體，都會生成強度周期性的變化現象。他們真是因禍得福。同時還有另一名英國物理學家小湯姆生，則從另一條途徑獲得一張電子衍射的照片。德布羅意理論從此得到了有力的證實。德氏因此獲得1929年的諾貝爾物理學獎金，而戴維遜和小湯姆生則共同分享了1937年的諾貝爾物理學獎金。讀者或許要問：這個小湯姆生與我們前面提到的老湯姆生是何關係？原來他們正是一父一子，老子發現了電子，兒子又證實了電子是波，父子二人在物理學方面做着接力研究，一時在科學史上傳為美談。
 
 
 
　　各位讀者，容作者在這裏插幾句閒話。德布羅意和戴維遜等人證明電子是波，好像實在抽象，我們這裏只舉一個例子就可知這個理論的威力。我們平常所以能看到東西是靠光，那是平常的光作用於物體，再反射到我們眼裏。光學顯微鏡所能顯示的物體微小細部的能力，因所使用的光的波長小到什麼程度而定。因此，放大能力最強的顯微鏡便使用紫外光。這好比我們撬一塊大石頭，要用一根粗木棍，而剔牙時卻只能用一根細牙籤了。好了，現在證明電子和光一樣也是波，而且它的波長比紫外光要小幾千倍，何不用來代替光顯示物體呢？果然，人們把電子束集中在一個焦點上，射過物體，便在螢光屏上得到一個放大的圖像。1932年世界上發明第一架電子顯微鏡。1938年美國人製成了一架能放大三萬倍的電子顯微鏡，而當時最大的光學顯微鏡也只能放大2500倍，現在人們使用的電子顯微鏡已經能放大到二十萬倍以上。
 
 
 
　　好了，閒話暫且不提，我們還回到德布羅意的故事上來。這德布羅意假設一提出，當時大部分物理學家都抱着試試看的態度。其中有一個奧地利物理學家薛定鍔(1887－1961)1926年正在蘇黎世大學(就是愛因斯坦曾工作過的那所大學)任教授。有人建議他把這個假設拿到學生中去討論，他很不以為然，只是出於禮貌，才勉強答應下來。可是當他為討論準備介紹報告時，立即被德布羅意的思想抓住了。現在我們又要看到科學史上一次驚人的相似。這薛定鍔的特長是數學很好，於是他就像牛頓總結伽利略、開普勒的成果，麥克斯韋總結法拉第的成果一樣，立即用數學公式將德布羅意的思想又提高了一層，得出一個著名的「薛定鍔方程」。這個方程一公佈立即震驚物理界，它就像牛頓方程解釋宏觀世界一樣，能準確地解釋微觀世界。它清楚地證明原子的能量是量子化的；電子運動在多條軌道上，躍遷軌道時就以光的形式放出或吸收能量；電子在核外運動有着確定的角度分佈。這樣，他用數學形式辟出一個量子力學新體系。同時還有一個德國物理學家海森堡從另一角度研究量子力學，提出一個矩陣力學體系。薛定鍔用的是微積分形式，海森堡用的是代數形式，物理學早已不是人們可以眼看手摸的形狀、溫度，它現在要用更抽象的概念才能作出更準確的表述了。正像我們繪畫時為了更準確地傳神，白描反而不夠，而要用寫意。
 
 
 
　　再說這個海森堡(1901－1976)越研究越深。最後，他發現我們雖然可以在宏觀世界裏準確地觀察任何現象，而在微觀世界裏簡直作不到這一點。這好比我們用一支粗大的測海水溫度的溫度計去測一杯咖啡的熱量，溫度計一放進去，同時就要吸收掉不少熱量，所以我們根本無法測准杯子裏原來的溫度。而作為原子內的能量如此之小，任我們製成怎樣精確的儀器，也會對它有所干擾。觀察者及其儀器永是被觀察現象的一個不可分割的部分，一個孤立自在的物理現象是永不存在的。這便是「測不準原理」。我們生活在這個物理世界，身在此山中，難識廬山真面目。
 
 
 
　　量子理論現在越發展越深，當初的一個幼芽，現在已經漸漸長成一棵枝葉扶疏的大樹。於是，1930年一批物理學家們又齊集布魯塞爾召開第六屆索爾維會議。檢閱1911年第一次會議以來量子理論的發展成果。這次會議的主角已不是普朗克，而是玻爾(1885－1962)。
 
 
 
　　這玻爾是丹麥人，1911年畢業於哥本哈根大學，後追隨盧瑟福求學，1916年起就返回母校任教，並創辦了物理研究所。他將當時世界上一批有才華的青年如海森堡、泡利等都團結到自己的身邊。玻爾治學嚴謹，卻又繼承了老師盧瑟福的民主學風。他有一句名言，就是：「我從不怕在年輕人面前暴露自己的愚蠢。」在他的研究所里一爭論起學術問題，便沒有長幼、師生之分。這種充分的學術民主，依靠集體的智慧，後來被稱為哥本哈根精神。
 
 
 
　　玻爾身體強壯，年輕時他們兄弟二人都是丹麥國家足球隊隊員，所以他後來獲諾貝爾獎金時，一家丹麥報紙曾有這樣一條幽默的大標題：足球名將玻爾獲諾貝爾物理學獎金。後來，玻爾雖已成了名人，但還時常干一點孩子們愛幹的事情。一天晚上他和幾個學生外出歸來，街上靜悄悄的，一個學生看到銀行大樓的牆面是水泥格子拼成，就好奇地向上爬上兩層。玻爾也要逞能，說他也敢爬。當他爬到一層高時，跑來兩個警察，以為是盜賊在作案，可是走近一看，說了聲：「這不是玻爾教授嗎？」便走開了。還有一次他和幾個學生看電影，看到電影裏的惡棍和英雄比武，總是惡棍被打死。他解釋說這是因為英雄有一種自我反射，所以比惡棍動作快，學生們不服。於是他們就吵吵吱嚷地到玩具店裏買了幾支手槍，在院裏比武。結果玻爾真的將他們一個一個「打死」了。玻爾就像廬瑟福當年領導卡文迪許實驗室一樣，在哥本哈根當着孩子王，其純樸、天真可見一般。
 
 
 
　　再說第六屆索爾維會議開幕，玻爾打出第一張牌就是「測不準原理」。他闡述道：「根據這個原理，我們要想精確地測定粒子的位置，就無法測定它的速度，反過來，要想測定其速度就無法測定它的位置。」
 
 
 
　　正當與會的大部分科學家都點頭表示理解時，想不到愛因斯坦一人站起來反對：「事物是客觀具體地存在的：我不相信上帝會在隨便丟骰子，碰運氣。」
 
 
 
　　「這和你的相對論並不矛盾啊？」
 
 
 
　　「可是你在這裏否定了因果關係，我不相信世界是捉摸不定的。現在我來設計一個實驗，請您解釋。假如有一個理想的盒子，裏面有光源，在固定的時間打開一下盒上的閘門，放出一些光來。我們再稱一下盒子的重量，根據質量的變化就能算出光放出的能量。這樣，我們不就可以任意精確地測量光放出的能量、放光的時間了嗎？」
 
 
 
　　愛因斯坦真不愧為理論物理學家，他隨意就設計出一個思想實驗，一時把個玻爾問得無言以對，好端端的一個會議竟無法再開下去。
 
 
 
　　這玻爾哪能服氣，整整一晚上沒有睡覺，召集他的學生們緊急商討對策。第二天，天一亮，玻爾就去敲愛因斯坦的門，並且手裏真的捧着一個「愛因斯坦盒子」，盒子吊在彈簧秤上。他笑咪咪地說：「愛因斯坦先生，請看您的盒子，它一放出光，質量就要變化，彈簧抽動，盒子做上下運動，盒子中的鐘也在動，就是說它在引力場中的位置已經變化。而根據您的相對論，這時時鐘的速率必定也要變化。這樣您首先就得不到準確的時間。時間測不準，當然您的盒子還是逃不出我的測不準原理啊。」
 
 
 
　　愛因斯坦正因昨天的勝利甜甜的睡了一個好覺，玻爾三言兩語反教他張口結舌，無言以對了。但是愛因斯坦還是不服氣，不到一天，他又想出了一個實驗，可是以後每次設計的實驗都讓玻爾駁倒，就這樣，這場爭論一直持續了幾十年，直到愛因斯坦離開人世，他也不承認測不準原理。人們很為他第一個支持普朗克的量子論，但最後又反對量子力學感到遺憾。但是玻爾和愛因斯坦無論怎樣爭論，雙方都襟懷坦蕩，謙虛地吸取對方的意見，發展自己的理論。這與牛頓同萊布尼茨的爭論已經截然不同了。愛因斯坦稱讚玻爾說：「他無疑是當代科學領域中最偉大的發現者之一。」玻爾則深情地說：「在征服浩瀚的量子現象的鬥爭中，愛因斯坦是一位偉大的先驅者，但後來他卻遠而疑之。這是一個多麼令我們傷心的悲劇啊，從此他在孤獨中摸索前進，而我們則失去了一位領袖和旗手」。
 
 
 
　　這玻爾雖和愛因斯坦經常爭論，但是兩人友誼極深，他每次到美國的普林斯頓講學，並不住什麼旅館、飯店，而是乾脆住在愛因斯坦家裏。一來是老友多時不見，感情上很願意能多呆在一起，二來便於繼續探討問題。1939年，玻爾又來到美國，他爬上愛因斯坦的那個二層小樓，還不等氣喘平息便說：「親愛的，您知道我今天帶來什麼重大消息？」
 
 
 
　　「不過是又設想出什麼思維實驗的好例證，來證實您的測不準理論罷了。」
 
 
 
　　「不，今天已顧不上辯論理論問題，這可是實驗物理學家們干出的大事，它可能直接關繫着我們的生活，關繫着政治。」
 
 
 
　　到底玻爾說出一件什麼大事，且聽下回分解。

第六十四回
戰亂將起 實驗室已難平靜，為淵驅魚 科學家雲集美日
 
——原子核裂變的發現　　上回說到玻爾來訪，給愛因斯坦帶來一個重要消息。要知這條消息是什麼，還得從這條消息的來源說起。
 
 
 
　　自從盧瑟福第一個用α粒子做「炮彈」轟出原子得到質子以來，許多科學家都感到這是一條通往原子核內的大道，於是紛紛向原子核開炮，希望能看到過去沒有發現的東西。1932年，英國物理學家詹姆斯•查德威克用α粒子轟擊鈹，得到一種不帶電的粒子：中子。有趣的是，盧瑟福用α粒子轟擊氮，氮原子變成了氧原子，查德威克轟擊鈹時，鈹原子變成碳原子。要是這樣一直轟擊下去，還能發現多少秘密呢？元素之間一定還有我們未知的重要規律。
 
 
 
　　在人們向原子大進攻的炮擊戰鬥中有一位女炮手，她就是居里夫人的女兒伊倫娜。1933年(就是愛因斯坦流亡美國的那一年)，她和自己的丈夫約里奧一起用α粒子轟擊鋁，卻得到了一種自然界並不存在的同位素－元素磷的放射性同位素。從而發現了人工放射性。伊倫娜和她的丈夫因此而獲得諾貝爾獎金。居里夫人很為自己的孩子已經成長為有出息的物理學家兩高興，她深知這個發現所啟示的重大意義。可惜由於她長年接觸放射性因而得了不治之症，幾個月後便不幸去世。盧瑟福親自為她寫了訃告。
 
 
 
　　在英國、法國所進行的這些工作現在由一位意大利人來接班了，他叫費米(1901－1954)。
 
 
 
　　費米小時即表現出非凡的才能，他父親的一位同事便有意識地培養他，給他讀數學、物理方面的書。當他還是一位十七歲的中學生時就有大學研究生的水平了。後來他在比薩大學讀書，這個伽利略當年生活過的地方處處給他以科學的召喚。他每次走過那個世界聞名的斜塔，都要肅然起敬，佇立片刻。大凡一個人成才之前總要有一個巨人將他托上自己的肩膀，費米也是這樣。這時羅馬大學物理實驗室主任柯比諾認定費米就是復興意大利物理的希望，專門在羅馬大學設了一個理論物理學講座，聘請26歲的費米來任首席教授。費米在自己周圍很快團結了一批青年物理學家，他們自信伽利略的故鄉在物理研究方面不該落在英、法、德等國的後面。
 
 
 
　　不久，伊倫挪用α粒子轟擊原子核獲得人造同位素的消息傳到了羅馬。好個聰明的費米，他想我不能總跟在人家後面，你用α粒子，我就用中子。粒子帶正電荷，原子核也帶正電荷，它們間的斥力必然要抵消一部分衝擊力，而中性的中子正可避免這個缺點。於是他又找到了一種轟擊原子核的新炮彈。
 
 
 
　　大凡科學家們每找到一種新武器就如同孩子得到一個新玩具一樣，玩得不肯放手。費米這一群人雖已是物理學家，但論年齡都還是些小伙子呢，他們現在玩起這新鮮的「中子炮」來哪肯罷休。中子從哪裏來呢？最好是用鐳放射的α粒子轟擊鈹製得。但當時一克鐳要34,000美元。他們這個新組建的小組絕對買不起。費米就用氡來代替鐳，不過氡的半衰期只有四天，需要經常更換。他們就用這門簡陋的「大炮」對着所有能找到的原素狂轟一頓，看看有什麼變化。這個勁頭就像當年戴維剛發明了電解法，本生剛發明了光譜分析法一樣，每種原子身上都要過一刀。果然這新法就是厲害，他得到了許多自然界中不存在的同位素。例如從普通的鈉得到放射性鈉，從普通的碘得到放射性碘，從氯得到放射性磷。
 
 
 
　　但是，當他們把這門「大炮」對準鈾時卻得到一種想不到的結果。好像經轟擊後鈾中生成的放射性元素不止一種，但每一種的數量又極其微小。這群年輕人都是物理學家，他們在化學知識方面不足，無法鑑別新元素。他們猜想，一定製成了一種過去不曾發現過的新元素。鈾的原子序數是92號，這種新元素就叫它「93號元素」吧。到底這是不是一種新元素，我們暫且按下不表。
 
 
 
　　再說費米小組還是不斷地用中子去打擊各種元素。一天他的好朋友拉賽蒂用中子撞擊銀板，發現如果在木桌上做實驗和在金屬桌面上做實驗，銀板的放射性不一樣。他立即來向費米匯報。費米沉思了片刻說：「我想這說明放射源周圍的物體會影響它的轟擊效果。我們不妨試在銀板前擋一塊鉛板。」
 
 
 
　　拉賽蒂立即取來一塊鉛板，並且又在銀板前放了一個「蓋革計數器」。這是一種專門測量物質放射性的儀器。物質放出的粒子進入計數器就會有響聲，進得越多響得越快。一切準備好了，費米將中子源對準銀板，只聽計數器卡卡地響起來，比剛才的速度快了許多。費米說：「鉛是一種重物質，讓我們來試一試輕物質怎樣。請取一塊石蠟板來。」
 
 
 
　　拉賽蒂幾個人立即取來一塊大石蠟板，七手八腳在上面挖了一個空穴，把中子源放進去，又開始照射。這時將蓋革計數器移近銀板，計數器突然發瘋似地響個不停。他們幾個人都驚得目瞪口呆，整個物理大樓里的人都來看這個怪現象，大家喊說：「真不可想像，活見鬼了！」只這麼稍稍放一塊石蠟，銀的人工放射性就增加了100倍。中午吃飯時，這伙年輕人大聲爭論着，提出各種假設，各人的嘴都動個不停，但是只聽見說話不見吃東西，這頓飯足足吃了三個小時，桌上的東西還是剩下不少，但合理的解釋卻還是沒有想出一個。這是1934年10月22日中午的事。
 
 
 
　　這天晚上，費米夫人帶着孩子到鄉下渡假還未歸來，費米一人在屋裏安安靜靜地思考着白天的事。他在地上踱着步子，想這石蠟究竟有一種什麼魔力呢？石蠟含有大量的氫，氫核是質子。想到這裏費米突然停下腳步，用手一拍腦門自語說：「問題可能正出在這裏。」
 
 
 
　　原來他想到氫核是質子，質子是與中子同樣質量的粒子。中子源被封在石蠟塊里時，中子射到銀板之前就先要與石蠟中的質子相撞，這一撞就要損失一部分能量，減慢衝擊速度。正像游得慢的魚比游得快的魚容易讓人抓住一樣。這種慢中子比快中子有更多的機會被銀原子俘獲，因此銀的人工放射性就更強些。但這只能是一種假設，如果別的含氫物質也有這種作用，便說明假設正確。還有什麼更方便的含氫物可用來試驗呢？最方便不過的當然就是水了，對！來一次水中試驗。
 
 
 
　　但是費米小組實在太窮了，水不值錢，可是要有一個足夠大的容器卻很難找。他們立即想到物理樓後面系主任柯比諾的私人花園，那裏有一個噴水魚池。
 
 
 
　　這天早晨費米和夥伴們就將那些大大小小的實驗儀器搬到魚池上。花園裏一株大杏樹遮住了半個園子，綠草成茵，紅的、黃的小花點綴在牆腳，魚在池中自在地游。這群年輕人的到來，開始並沒有打破這裏的寧靜，他們輕手輕腳。一來是對這種試驗不抱很大希望，不願讓人知道他們的失敗。二來，不願打擾柯比諾先生一家的安寧。
 
 
 
　　他們將中子源和銀板慢慢沉入水中，開始轟擊，蓋革計數器又瘋狂地叫起來，這說明費米的假設是正確的。這伙年輕人再也忍不住了，隨着計數器的鳴叫，他們忽地一下狂喊勝利，在地上跳着，互相擁抱着。並且嚷嚷着：「快給《科學研究》寫信，詳細報告我們的發現！」
 
 
 
　　這時正在樓上看書的柯比諾教授，聽到花園裏的喊聲便走下樓來。他被這個場面弄糊塗了，「孩子們，你們為什麼這樣高興？」
 
 
 
　　「我們有了新發現，正商議向《科學研究》寫信呢！」
 
 
 
　　柯比諾仔細聽了他們的匯報，又看了實驗，突然發起火來：「你們瘋了？難道你們沒有看出這其中的工業用途嗎？這裏是一個了不起的發現，你們應該先申請專利！」
 
 
 
　　他們更吃驚了，真沒想到小魚池裏得到一個大發現。
 
 
 
　　我們先把「魚池發現」放到一邊，回頭再說那個93號元素。費米發現新元素的新聞在歐洲各報上早已熱鬧了一陣兒，這消息自然傳到了法國、德國。伊倫娜將那實驗重做了一遍，這種新元素根本不像在周期表93號位置上應該有的性質，它倒有點像鑭。
 
 
 
　　這時在德國也有一個科學家小組，以著名化學家、威廉皇家化學研究所教授哈恩為首，還有物理學家邁特納、斯特拉斯曼等人。奧地利籍的女核物理學家邁特納本是來這裏作為訪問學者短期工作的。但由於他們幾個很合得來，這個"短期"竟然有三十年。邁特納才華出眾，她一眼就看出那個「93號元素」里有文章，但又深知光靠物理學不能解開這個謎，便說服哈恩來選這個課題。於是這個小組也加入了這場追逐戰。
 
 
 
　　1936年的一天晚上，斯特拉斯曼正在值班，他一人無事，那個困擾他的題目又泛起在心頭，從種種跡象看，這個「93號」決不是鈾後面的元素，倒有點像56號元素鋇，第二天早晨，邁特納前來接班。斯特拉斯曼興沖沖地對他說：「我昨天想了一夜，終於有了頭緒，那個未知元素可能是鋇，不妨試測一下。」
 
 
 
　　邁特納性格豪爽，她聞聽此言立即不屑一聽地喊道：「中學生也不會提這個問題，快把你的想法扔到紙簍里去吧！」
 
 
 
　　原來過去用中子去轟擊元素，只能將它的核打掉一小塊，放出一、二個質子，所以從來的人工蛻變只能是變成與原來的元素相鄰近的元素，怎麼可能一下從92號的鈾退到56號的鋇呢？斯特拉斯曼也覺理由不足，所以不敢再爭。
 
 
 
　　1938年7月，邁特納因為是猶太人，被迫離開了德國。12月17日，哈恩到財政部去為邁特納辦一些善後事務。斯特拉斯曼在辦公室里翻閱幾本新到的期刊，其中正有伊倫娜的一篇報告，他立即又想起了自己關於鋇的想法。
 
 
 
　　中午，哈恩剛進門斯特拉斯曼就攔住他說：「請看看這份雜誌，這裏提出……」哈恩將那篇文章掃了一眼，一見作者是伊倫娜，便沒好氣地說：「我對這位小姐沒有好感，不願看他的東西。」原來他們過去有過一點小矛盾。
 
 
 
　　「不，她說是鑭，我說是鋇，兩個元素一個57號，一個56號，問題可能正在這裏。你聽，她說……」
 
 
 
　　不管哈恩愛聽不愛聽，斯特拉斯曼將論文中最主要的段落飛快地念了出來。哈恩聽着聽着怨氣漸消，一把將雜誌搶了過來，從頭至尾很快地讀了一遍。俗話說外行看熱鬧，內行看門道。哈恩和伊倫娜同是放射化學專家，他們的文章對方自然一看就知其中的深淺。哈恩剛把論文讀完，便啪地合上雜誌，一手拉起斯特拉斯曼說：「走，快到實驗室去！」
 
 
 
　　哈恩和斯特拉斯曼在實驗室里反覆測試，就化學性質來說，這個所謂的「93號元素」是鋇確定無疑了。但是這話要是讓物理學家聽見一定要惹人笑的，一個小小的中子怎麼能使鈾原子一下釋放出近一半粒子呢？這時他們更懷念那位被希特拉趕走了的夥伴一一邁特納，他們這個三人小組中二個化學家一個物理學家，邁特納的被迫離去，名符其實地使這個小組塌了半邊天。哈恩遇到這個新問題便立即提筆給邁特納寫了一信，邁特納真不愧為核專家，她一見信立即明白是怎麼一回事——鈾原子核被中子從中間一劈兩半了！
 
 
 
　　邁特納正好要利用寒假期間訪問瑞典，那裏有幾位物理學界的朋友。她收起信便趕快出發了。這幾位朋友住在鄉下一個安靜的小村里，冬天的瑞典白雪皓皓，是一年中滑雪渡假的最好時光。但是今年大家心情都不好，希特拉這個瘋子正在製造戰爭，在到處迫害猶太人。許多猶太血統的物理學家不用說工作了，現在連衣食都無着。邁特納的一個外甥叫弗里施，是個青年物理學家，也剛從德國逃亡到這裏。邁特納一住下就拉着弗里施到外面去散步。她拿出哈恩的信，弗里施怎麼也不敢相信鈾原子會分裂，姨、甥二人在雪地里走了很長時間，最後弗里施建議：「我們何不把這個重要消息通知玻爾，他是現在世界上活着的最偉大的核物理學家啊！」
 
 
 
　　邁特納和弗里施立即冒着嚴寒前往丹麥的哥本哈根。弗里施曾在玻爾的研究所工作過，所以對這裏很熟，他們便直奔玻爾的家裏。弗里施敲門進來，發現玻爾正在穿大衣，旁邊有一隻手提箱，像要比遠門的樣子。他忙說道：「玻爾先生，您這是準備到哪其去？」
 
 
 
　　「按照合同到美國講學，順便看望我的老朋友愛因斯坦先生。」
 
 
 
　　「我們有一件重要的事要立即向您請教，可以嗎？」
 
 
 
　　玻爾抬手看了看表，又讓僕人先將箱子提走，說：「我們可以有半個小時來談話。」
 
 
 
　　「從德國來的消息說，哈恩以經用中子將鈾核一分為二，但是現在還不敢最後肯定，哈恩自己也把握不大。」
 
 
 
　　玻爾一聽，立即脫下大衣，坐到桌旁認真地尋問起實驗情況。邁特納詳細談了他們過去做的實撿，又拿出哈恩最近寫來的信說：「看來這是可能的，伊倫娜在法國也得出了近似的結論。」
 
 
 
　　玻爾說：「這件事非同小可，果真是這樣，其意義將不亞於貝克勒爾和居里夫人發現放射性。它將給物理界，不，給整個社會帶來什麼變化就很難預料了。」
 
 
 
　　「那麼現在應該怎麼辦呢？」邁特納說。
 
 
 
　　「現在你們要在德國之外立即進行實驗，關鍵是要證實裂變發生時是否放出巨大的能量。」
 
 
 
　　這時僕人進來走到玻爾身邊說：「先生，時間已經很緊了。」玻爾才想起自己正要趕火車，忙起身穿大衣，又說：「你們抓緊實驗，我立即將這個情況帶給愛因斯坦先生。」
 
 
 
　　他匆匆忙忙地跑到火車站，只差幾分鐘就要誤車了。1939年1月初，玻爾到了美國。
 
 
 
　　再說意大利的費米，他領導的小組進行了那個「93號元素」實驗，可惜未能窮根究底。發現核裂變這個實驗讓哈恩接了過去，他終於獲得1944年的諾貝爾化學獎。所以人們都替費米感到遺憾。但是費米手中的王牌何止一張。核裂變那件事不必說它了，小魚池裏發現的慢中子反應也是一件足夠轟動物理界的大事，當時朋友們都在暗自猜測這個發現也許能在斯德哥爾摩掛上號呢。但是正像德國出了個魔鬼希特拉一樣，意大利也新上台一個法西斯墨索里尼。這傢伙對外發動戰爭，對內實行專制，攪得國無寧日。民不聊生。費米的保護人柯比諾教授又於前不久去世，他的實驗室已無一點經費。更有比這嚴重的，費米夫人是猶太人，而墨索里尼的排猶政策已使她難以在這裏生存。正當緊張的科學實驗一步步走向光明與希望之時，政治卻在一步步地走向專制與黑暗。弄得費米欲進無路，欲罷無門，整日裏長吁短嘆，不知如何是好。
 
 
 
　　正是：
 
 
 
　　科學事業多艱辛，征途險阻一重重。
 
　　才出黑暗中世紀，又入法西魔掌中。
 
 
 
　　卻說費米夫婦正這樣憂心忡忡地在羅馬度着時日，這天，1938年11月10日清晨，他們正躺在床上，突然電話鈴聲急響。費米夫人拿起電話，只聽電話台問道：「是費米教授家裏嗎？」
 
 
 
　　「是的，有什麼事嗎？」
 
 
 
　　「請注意，今天晚上六點鐘，將有人從斯德哥爾摩給費米教授打來長途電話。希望他能在家等候。」
 
 
 
　　費米已經聽到電話里的聲音，他立即坐了起來說：「斯德哥爾摩，這一定意味着諾貝爾獎金了。」
 
 
 
　　度過了一個難熬的白天，下午五時費米夫婦便坐在電話機旁。夕陽投在白牆上的影子在慢慢地滑動，室內光線漸漸暗了下來，可是電話機靜靜地臥在那裏，像啞了一樣。為了打破這令人心焦的寂靜，費米夫人說：「我們打開收音機，邊聽新聞邊等電話吧。」
 
 
 
　　收音機里傳來廣播員強硬、冷酷的語調：「現在宣讀第二批種族法：猶太人的孩子一律不許在公立學校就讀；猶太人教師一律刪除公職；猶太人律師、醫生和其他自由職業者，不許對猶太人以外的人開業，猶太人護照一律吊銷……」新聞播完了，費米夫婦更沒有話說了，他們各人的眉頭都結成一個疙瘩，在心裏嘆息着：「祖國啊，您真的連您的兒女都不要了嗎？」
 
 
 
　　這時電話鈴突然響了：「是費米教授嗎？我是瑞典科學院，首先祝賀您獲得本年度諾貝爾物理學獎金。現在向您宣讀獎狀：
 
 
 
　　獎金授予羅馬大學恩里科•費米教授，以表彰他證認了由中子撞擊所生成的新的放射性元素，以及他在這一研究中發現了由慢中子引起的核反應。」
 
 
 
　　這本來是一個特大喜訊，可是這喜訊在沒有到來之前先被剛才那條殺氣騰騰的廣播新聞給罩上了陰影。費米放下電話心裏憂喜參半，沉思片刻，然後拉着夫人的手說：「好機會，我們就乘出國領獎之時到美國去定居，那裏已經有愛因斯坦等一大批科學家，這樣對我們個人和事業都有好處。」
 
 
 
　　費米夫人看看這個漂亮的客廳、臥室、還有臥室裏面的衛生間，那裏有新裝好的，她最心愛的綠色大理石浴盆。她眼中流淚了：「難道我真的要離開祖國嗎？」
 
 
 
　　「就這一個機會了，一個難得的機會。」
 
 
 
　　1938年12月6日費米攜夫人和兩個孩子離開羅馬。12月10日在斯德哥爾摩領獎。1939年1月2日，他們安全到達美國。兩周後玻爾也來這裏會合。這時，被法西斯勢力從歐洲各地趕來的科學家已經遍佈在美國各主要大學。希特拉決沒有想到他的排猶和專制卻為淵驅魚，給美國送來這麼多急需的人才。
 
 
 
　　就在玻爾剛踏上美國國土，邁特納和弗里施的電報也同時到達：實驗已經做完，和他設想的完全一致，鈾在分裂時能放出大量的能量。
 
 
 
　　這對科學是一個好消息，對時局來說是一個再壞不過的消息，這意味着鈾可用來作為爆炸物，每磅鈾釋放出來的能量可能是普通炸藥的上萬倍。而這項新發現恰恰是在德國完成的，是那個戰爭魔鬼希特拉統治的國家，剛從那個魔鬼手中跑出來的科學家憂心忡忡，他們既知道希特拉的能量，又知道鈾裂變的能量，這兩者加起來簡直可以毀滅地球。玻爾教授一個月間好像老了許多，他在學術交流中卻越來越多地談起政冶問題，談論局勢。費米一想起那天在收音機前聽的排猶法，就渾身發涼，這幾個瘋子要是手中有了武器，什麼壞事都能幹出來的，他坐不住了，便去拜會美國海軍上將胡珀。胡珀說：「費米教授，您覺得原子彈會成為現實嗎？」
 
 
 
　　「這只是一種直覺，鈾能不能變成戰場實用的爆炸物，我確實沒有把握。」
 
 
 
　　「謝謝。所以現在我們實在不好採取什麼具體對策。」
 
 
 
　　費米懷着惆悵之情回到他工作的哥倫比亞大學。在這所大學工作的匈牙利物理學家西拉德也是剛剛流亡來美的，他的祖國已被德國吞併。他對費米說：「不要灰心，讓我再來試試。看來要找一個更有影響的人物出來說話。」
 
 
 
　　西拉德立即找到了在普林斯頓任教的另一位匈牙利物理學家威格納。通過威格納又找到了在那裏工作的愛因斯坦。1939年7月的一天他們在愛因斯坦的二層小樓上整整談了一個上午。愛因斯坦對裂變很感興趣，他立即看出了其中的深遠意義。談話快結束時，愛因斯坦說：「你們的意思是不是要美國各大學也加緊這項研究，比如普林斯頓研究所也應立即開展這一項實驗？」
 
 
 
　　西拉德說：「不，這恐怕已經不解決問題了。因為我們現在對柏林方面的研究進展一無所知。我們的意思，是請您出面給羅斯福總統寫一封信，希望這件事能引起美國政府足夠的重視，並積極組織力量實施。」
 
 
 
　　愛因斯坦是個很不願意和政界名人來往的人，又加上這事確還沒有把握，聞聽此言，將手插進他那團亂草似的頭髮里，半天沉吟不語。
 
 
 
　　到底愛因斯坦是否答應了這個請求，且聽下回分解。

第六十五回
憂蒼生 科學家上書大總統，傳佳音 航海者登上新大陸
 
——第一個原子反應堆的誕生　　上回說到西拉德等人請求愛因斯坦出面向羅斯福總統寫信，籲請美國政府加緊核武器研究，愛因斯坦一時拿不定主意。他說：「你們向美國官方提過這個建議沒有？」
 
 
 
　　「費米教授拜會過海軍上將，但是毫無結果。」
 
 
 
　　「為什麼？」
 
 
 
　　「因為我們現在也說不出具體的想法和有多大的把握，這一切只有幹起來才會知道。」
 
 
 
　　「那麼總統會不會以同樣的理由拒絕這個建議呢？」
 
 
 
　　「現在形勢與上次拜會時又有不同，幾個月過去了，德國方面的研究我們不得而知。也許他們已造出了這種新武器。」
 
 
 
　　「好吧，你們先代我起草一封信再說。」
 
 
 
　　8月2日一封仔細推敲過的信送來了：
 
 
 
　　總統閣下：
 
 
 
　　我讀到了費米和西拉德近來的研究手稿。這使我預計到，元素鈾在最近的將來，將成為一程新的、重要的能源。考慮到這一情勢，人們應該提高警惕。必要時，遂要求政府方面迅速採取行動，因此，我的義務是請您注意下列事實和建議。
 
 
 
　　近四個月來，由於法國的的約里奧及美國的費米和西拉德的工作，用大量的鈾達到原子核鏈式反應似乎已成為可能。由此便可生成極其巨大的能量和大量新的類鐳元素。看來，這項成就的取得，已是指日可待了。
 
 
 
　　這種新的物理現象的發現也將會導致炸彈的製造。縱然把握不足，但可以想像，一種新型的極有威力的炸彈是可以這樣製造出來的。這種炸彈僅需一枚，用船運我載港口爆炸，就可以完全摧毀港口連同它周圍的部分地區。但這類炸彈也許遇於笨重，不便空運。
 
 
 
　　美國的鈾礦含鈾貧乏，且數量不多。加拿大及前捷克斯洛伐克有好鈾礦，而最重要的鈾資源則在比屬剛果。
 
 
 
　　有鑑於此，您也許將認為有必要讓政府與那批在美國從事鏈式反應研究的物理學家保持某種經常的接觸。對您來說，做到這一點的一個可取的辦法是，把這項工作委託給一位您完全信任的人，他不妨以非官方的身份出面。他的職責是：
 
 
 
　　一、溝通政府各部門，及時將進展情況告訴他們，並向政府提出行動建議，特別要注意確保美國的鈾礦供給。
 
 
 
　　二、為加速當前一直在大學預算範圍內進行的實驗工作，可由他組織願意為這項事業做出貢獻的私人提供資金，如果需要這樣的資金的話，並且，或許也可靠他取得具有必要設備的工業實驗室的合作。
 
 
 
　　我得知，德國如今對它佔領的捷克斯洛伐克的鈾礦所出產的鈾實際上已經禁售。竟然採取這一先發制人的行動，其原因大概無庸解釋。因為德國外交部國務秘書的兒子魏扎克被任命參與林柏凱撒掀•威廉研究所的工作，在該研究所里，眼下正進行着若干美國對鈾進行過的研究。
 
 
 
　　忠誠於您的愛因斯坦
 
 
 
　　這封信於1939年10月11日交到羅斯福總統手裏。美國政府立即任命了一個「鈾顧問委員會」，陸軍、海軍也首批撥出6000美元的贈款，供科學家們購買實驗用材料。
 
 
 
　　實驗選擇在芝加哥大學進行。一是因為芝加哥位於美國腹地，敵機不易轟炸；二是學校已經放假，而且人們也不會想到在這裏進行這種實驗。實驗的代號是「冶金實驗室」，但是這裏面沒有一個冶金專家。實驗場地很費了一番周折，需要一間很大的房間，而大一點的房子都讓軍隊徵用了。最後他們選中了芝加哥大學足球場看台下面的一個室內網球場。它有30英尺寬，60英尺長，26英尺高，估計能擺開戰場。校長宣佈從今以後再不許任何人來足球場踢球，網球場自然更不能靠近了。人們只見一室科學家在看台後面搬運東西，進進出出，決想不到他們在干一件將要裝入史冊的大事。這項工作由芝加哥大學的康普頓教授負責，費米具體指揮。
 
 
 
　　各位讀者，我們知道哈恩和邁特納已經證實中子能使鈾核裂變，並能放出能量。但只用少量的中子實行一次轟擊，生成的能量當然有限。費米現在需要大量的中子，大量的裂變，他推想，當鈾核受到一個中子轟擊而分裂開來時，它自己同時也會放出一個或幾個中子，這些中子再去轟擊其他的鈾核，又放出中子，於是裂變就可以不斷進行下去，不斷放出能量。——這叫鏈式反應。就是說哈恩是發明了一根火柴，能擦着火苗，但是立即就熄減了，而費米則要想法點燃一堆乾柴，讓它能持久地燃燒。
 
 
 
　　怎樣點燃呢？這就用得看費米發明的慢中子的辦法了。那個在魚池中的發現，雖然當年柯比諾教授曾要求申請專利，可是戰亂驟起，他們哪有心思去管這個。想不到這時派上了用場。當初的小小實驗是用石蠟和水來減慢中子，現在費米準備用石墨代替。將鈾塊和石墨塊間距堆放——這就名符其實地成了一個「堆」：原子能反應堆。只要用一個中子源(它相當於一根點火的火柴)一點燃，堆中就可以不斷地裂變、不斷地放出中子，實現鏈式反應了。
 
 
 
　　點燃之後又怎樣控制呢？一旦中子釋放過多，鈾核迅速裂變，這就是科學家所說的「臨界狀態」，將有爆炸的危險。這時的辦法就是趕快吸收中子，所謂控制就是控制中子的多少。世上的事物總是有矛就有盾，一物降一物。中子能將鈾核打開，有如此威力，可是專有一種物質能吃中子，這就是鎘。在石墨和鈾堆中插進一些鎘棒，只要調整鎘棒就可控制反應的強弱了。
 
 
 
　　簡單道理交待過後，我們再看費米他們是如何建造和控制這個堆的。
 
 
 
　　1941年12月7日，日本飛機突襲珍珠港，太平洋戰爭爆發，美國對日宣戰，德、意和日是法西斯同盟，當然不能坐視不理，立即也向美宣戰；美國隨即又同德、意宣戰。一場世界大戰的鏈式反應馬上升到「臨界狀態」。這時美國總統就更關心那個鈾的鏈式反應有何進展。「鈾顧問委員會」匯報了工作：總統命令集中一切必要的人力物力加速進行。
 
 
 
　　芝加哥大學的室內網球場現在完全成了一個軍用場所，老遠就崗哨層層，閒人不得靠近。汽車不斷將一些黑色的磚塊運到足球場的看台後面。這些黑磚就是石墨塊。它柔軟光滑，就是我們平常用的鉛筆蕊。為了建造這個反應堆他們幾乎徵調了全國可以找到的石墨，那些石墨商不知道為什麼這個地方突然像水庫出現了一個大漏斗一樣，石墨流水般地被吸進這個無底洞裏。事後他們才知道這個堆用的石墨足夠為地球上的每一個人做一支鉛筆！
 
 
 
　　再說網球場內現時已完全成了一個煤黑世界。二十個物理學家還有幾個必要的幫工助手，現在早已統統變成了黑人。他們的臉上、脖子上、手上、鼻孔里全都是石墨細粉。石墨磚要用機器切削成一定規格，自然就粉末四揚。這時的地板上比任何打蠟的舞池都要光滑。這些物理學家們常常不小心摔一個跟斗，汗水在他們的臉上衝出一條條小溝。「冶金實驗室」的學者們，要論外表，和一個井下的挖煤工人已完全沒有兩樣。
 
 
 
　　鈾塊和石墨塊一層層地往上疊放，共疊了五十七層，現在這個堆已經快頂住屋頂了。費米想到空氣會吸收中子因而影響繼續裂變，應設法使堆與空氣隔絕。能幹的助手安德森立即找來橡膠商，要定做一個六邊形的橡膠「盒」，以便把整個反應堆全部罩進去。橡膠商從未承攬過這種加工品，瞪着大眼睛問：「幹什麼用的？」
 
 
 
　　「一個大氫氣球。」
 
 
 
　　「氣球怎麼是六邊形呢？」
 
 
 
　　「您不必多問，反正給您錢就是。不然，我去找別人定貨。」
 
 
 
　　六邊形「氣球」拿來了，反應堆的最後安裝就在這個大「氣球」里進行，不過後來發現抽不掉空氣也可正常反應，所以「氣球」有一面始終沒有封口。
 
 
 
　　1942年12月6日這個歷史上有紀念意義的日子來到了。
 
 
 
　　這天一早那些渾身污黑的物理學家突然變得乾乾淨淨。反應堆的建造工作已經完成，現場也已打掃乾淨，地板重又露出木紋。核反應堆馬上就要開始點火，人類是否可以從原子內部得到可供使用的能量，就決定在今天上午。
 
 
 
　　科學家們大部分都撤離到反應堆對面的平台上。堆旁邊只留一個人——韋爾，他手扶着從堆里伸出來的一根長棒，這是鎘棒。反應的快慢將由他通過這個棒來控制。但是這還不保險，堆上又爬上去三個年輕人，他們自己稱為「自殺小組」，準備在反應堆一旦失去控制就從上往下灌鎘液，以「撲滅」這場原子火災。
 
 
 
　　在現場觀看實驗的除這群親手建造起反應堆的科學家外，還有冶金室的領導人康普頓教授，還有軍方領導人格羅夫斯將軍(軍方去年八月就接管了鈾計劃，並把它改名為曼哈頓工程)。還有一個特殊人物，他是這裏唯一與研究工作無關的的人——杜邦財團的代表格林沃爾特先生。戰時，杜邦公司承擔軍方的許多生產任務，而前不久格羅夫斯將軍又提出要他們以生產規模來建造一座反應堆。將軍說反應堆里的鈾裂變後會生成一種新元素，可用來生產原子彈。可是格林沃爾特這時還根本沒有聽說過反應堆這個詞呢。他不敢冒險，與軍方的談判陷入僵局，這天他也被通知來到現場，好看看反應堆到底是怎麼一回事。
 
 
 
　　費米擔任現場指揮。他說：「現在我們將抽出鎘棒，鏈式反應就會自動進行，蓋革計故器會用聲音報告反應的強弱，而這支描筆在紙上自動抽出一條指示輻射強度的曲線。好，韋爾，開始吧！」
 
 
 
　　韋爾將鎘棒抽出一尺，計數器開始喀嚓昨嚓地響動，描筆打出一條向上的曲線。
 
 
 
　　「再抽一尺！」
 
 
 
　　計數器的聲音響得更急，大家都屏息靜氣，有的人額頭上已經滲出汗珠。大廳里靜得就是有根針落地也會匡然有聲，這時計數器一聲聲地響着，像錘子敲在人的心上。誰知道這個堆會不會突然像一顆大炸彈那樣爆炸呢？
 
 
 
　　費米宣佈：「現在反應堆已進入正常的鏈式反應。」
 
 
 
　　堆頂上的「自殺小組」更加警惕，準備好的鎘液已經提在手中，現在正是最緊要的關頭。全體人員都注視着各種記錄儀，這樣共28分鐘之久。費米將手舉在空中又向下一劈說：「停止！」
 
 
 
　　試驗成功了。大家互相握手、擁抱、祝賀。而威格納(就是勸愛因斯坦上書總統的那個匈牙利物理學家)突然拿出一瓶基安提酒。原來今天上班時他就悄悄在大衣口袋裏塞了一瓶酒，他想一定能夠成功。威格納將酒分倒上許多紙杯里，在場的人每人一杯。喝完後大家又在酒瓶的硬紙護殼上簽了名，然後就去忙着收拾現場，整理數據。格林沃爾特也立即握着格羅夫斯將軍的手說：「太精確了，簡直像一隻瑞士手錶，我們公司同意生產了，馬上就簽字！」
 
 
 
　　正當各人都在忙自己的事情的時候，誰也沒有注意，有一叫沃特姆伯格的青年物理學家將那個有大家簽名的空酒瓶收了起來，這是一件最好的紀念品。十年後的又一個12月2日，芝加哥大學舉行反應堆實驗十周年慶祝會。沃特姆伯格當時正在外地，他特意將這隻空酒瓶寄給慶祝大會。但是他又怕酒瓶會打碎，於是就加了保價費一千美元。一隻空酒瓶竟值千元，這件事立即成了轟動報紙的新聞。而專營基安提酒的商人因此卻大賺其錢。芝加哥大學的這個足球場的看台後面，若干年後掛了一塊金屬匾，上面刻着這樣幾行大字：「人類在這裏實現了第一次鏈式反應，從而開闢了在受控制條件下釋放原子能的道路。」這裏因此聞名，成了一個旅遊者的參觀點。這是後話。
 
 
 
　　1942年12月2日試驗成功的核反應堆生成的動力是很小的，它剛能點亮一隻小電燈，幾天之後也才可以點亮四盞家用電燈。但是這不要緊，只要追出第一步就不愁走不完萬里路，只要摸清原理就會暢行無阻。瓦特初發明的蒸汽機只能為煤礦排水，但是以後它幾乎用於所有的工業、交通，關鍵是它開闢了一條新路——將熱能轉變為機械能；法拉第最初用磁鐵和線圈做實驗時只能使電流計的指針微微偏動，但他也開闢了一條新路——使磁變電，於是帶來了一個電氣時代；現在費米的原子反應堆雖然功率還很小，但是他也開出了一條新路——使原子核能轉變成熱能或其他能。這驗證了愛因斯坦的偉大理論，E＝mc2，質能是可以互變的。
 
 
 
　　自從費米那個只能點亮一個燈泡的反應堆問世以來，各種反應堆立即發展起來，有專門提供動力的動力堆，有用於科學實驗的研究堆，有生產核燃料的增殖堆，新能源展示出廣闊的前景。以核能發電來說，一座功率為一百萬千瓦的大型火力發電站，每年要燒二百萬噸煤。為此電廠得有運煤專線，一輛火車得運上千個來回。而同樣功率的核電站，只要六部卡車一次就能把全年的燃料運來。而且這樣可以省出大量的煤去作化工原料。用蓄電池發動的潛水艇，只能在水下潛行幾天，然後再浮出水面充電。可是，換成核動力可以十年不換燃料。
 
 
 
　　反應堆除提供大量能源外，還可以用來製造同位素。我們把各種元素放在反應堆的管子裏，經過中子照射就變成了新的放射性同位素。這些同位素由於它們的放射性表現出來的穿透作用、能量、熒光效應、特殊生理效應等等，它們在工業、農業、醫學、生物學、考古學、宇宙探索等許多領域都有重要作用。比如害蟲常會鑽到種籽、土壤、樹皮裏面，一般化學殺蟲劑無能為力，這時用穿透力很強的，射線一照射，便使它斷子絕孫。還有金店內部在鑄造、焊接時會出現極小的砂眼、裂縫，肉眼是絕對不能發現的。這時只要用γ射線拍一張片子就會清清楚楚地顯示出來。如同人們對力學、光學、電學的探索一樣，對原子內部的探索已經給人類帶來了受益無窮的好處。
 
 
 
　　讓我們現在再回到費米的這個反應堆邊來。正當大家在一片興奮、激動中忙着收拾現場時，康普頓教授突然想起應該給美國政府方面打個電話，報告這一喜訊。他立即給負責這一工作的科南教授掛了一個長途電話。當他拿起話筒時才想到這個絕密的大事怎麼能在電話里說呢？對方已經在問話了：「餵，您是康普頓教授嗎？」
 
 
 
　　康普頓靈機一動回答道：「是的，我是康普頓。科南教授，我想您一定很願意知道，那位意大利航海家已經登了新大陸了。」
 
 
 
　　「是這樣嗎？」對方聽懂了，高興地大喊起來。「當地的居民對他友好嗎？」
 
 
 
　　「很友好，每個人都安全登陸，並且感到愉快。」
 
 
 
　　這是一個很聰明的，在科學史上留下的一次著名的電話。意大利人哥倫布1492年發現新大陸，過了450年後，正好是中間兩位數倒換一下，另一個意大利人費米在原子世界裏又發現了一塊新大陸。
 
 
 
　　康普頓教授遠處在興奮之中，這時格羅夫斯將軍走過來，他伸出一隻大手說：「祝賀您，康普頓教授，但是既然試驗已經成功，我們的下一步計劃就該立即實施了吧？」
 
 
 
　　格羅夫斯說的下一個計劃是什麼？且聽下回分解。

第六十六回
苦幹三年 兩顆炸彈製成功，悔恨萬分 一紙建議致慘禍
 
——原子彈的爆炸　　上回說到費米領導的原子反應堆順利實現了鏈式反應，在場的格羅夫斯將軍立即要科學家們投入下一個計劃。——這下一個計劃就是製造原子彈。
 
 
 
　　各位讀者，容我們在這裏先將原子彈原理與結構簡單交待幾筆。
 
 
 
　　其實，就原理來說它和反應堆沒有多少區別，只不過反應的速度不同。那反應堆專門有鎘棒吸收中子，唯恐這個不聽話的中子亂沖亂撞，使鈾燃料驟燃爆炸，這叫可控鏈式反應；而原子彈正相反，唯恐鈾燃料裂變太慢，不能爆炸，所以並不要鎘棒之類的東西來吸收中子，讓它去沖，去撞，越快越好，這叫不控制的鏈式反應。
 
 
 
　　為了實現快速裂變，原子彈里只能用鈾－235同位素，它很容易捕獲中子。同時，炸藥外面又有一道中子反射層，裂變生成的自由中子無法逃出去，就一個變三，三個變九，成倍增長。每一個核裂變所需的時間還不到一億分之一秒，整個原子彈的爆炸也就只有幾百萬分之一秒。就在這瞬間，原子彈放出極強的光輻射、衝擊波、中子流和γ射線輻射及放射性污染碎片。這些東西都可以殺人或摧毀建築物。那平時被禁錮在原子核里的能量突然間被釋放出來，如黃河決堤，如獸籠大開，不可抗拒的災難便突然而至。
 
 
 
　　這些洪水猛獸在它未被放出來以前是怎樣壓縮在一個小天地里的呢？原子彈的結構說來也簡單。它裏面裝着兩塊鈾－235或鈈－239原子炸藥，另外還有一些普通炸藥作為引爆之用。外面裹了一層中子反射屏，再裹一層彈殼，這就是一顆足以毀滅一個中等城市的原子彈了。
 
 
 
　　我們回頭再說那位格羅夫斯將軍，此人本是美軍工程兵負責人，身材魁梧，辦事幹練。他被授權組織曼哈頓工程，試製原子武器。那天反應堆試驗一成功，他就立即將康普頓教授請去說：「教授先生，您知道國家現在最需要的是什麼？是打贏這場戰爭。所以現在要立即讓那個反應堆變成一個原子彈；時間，最多三年。」
 
 
 
　　「將軍，您不是開玩笑吧。雖然對原子彈的構造、原理我們都有把握，可是原料奇缺，鈾和鈈到哪裏去找？就算找到一點鈾，其中鈾－238和鈾－235的比例是140：1，而鈾－238是不能生成鏈式反應的。只說將鈾－238提純出來就要多大的工程啊。」
 
 
 
　　格羅夫斯神秘地一笑說：「工程的事，我這個工程兵頭子自會考慮，現在要和您商量的是人，要挑選一批科學家把他們送到那裏去。」
 
 
 
　　康普頓當然知道這個「那裏」的含意。便再不說什麼了。
 
 
 
　　難怪格羅夫斯胸有成竹，原來他早做了工程上的準備，在遠離大城市的地方買了三塊人跡罕至的土地，轉眼之間就建起三座城市。不過這城市在美國地圖上卻找不見，它的居民對外只有一個郵政代號。第一座城市在橡樹嶺，它是專門分離鈾－235的。根據鈾－235和鈾－238之間這麼微小的一點重量差，科學家想了兩個辦法，一是將金屬鈾氣化，它們擴散時輕的快重的慢，自然就會分開；二是讓氣化的金屬鈾通過強磁場，它們會出現不同的偏轉，也可分開。但是只前一種辦法他們就建造了幾千英里長的管道，所耗的電相當於一座紐約市的用電；而後一種辦法所用的電磁鐵就有一個中等艦船那樣大。磁鐵外面要繞線圈，戰爭期間銅太缺了，導線就用銀子做，竟用了15,000噸白銀，只此一般就知美國政府為了這顆原子彈花了多少血本。 第二個秘密城市是專門用來生產鈈的。鈾－238雖不能裂變，但是它吸收一個中子後就變成鈾－239，鈾－239是放射性的，它很快放出一個負電荷的β粒子，本身就多了一個正電荷，於是原子序數由92變成了93。各位讀者，前面我們說費米他們認為自己曾發現了93號元素，原來正是這個道理。因為在鈾裂變過程中是會有少量93號元素出現的，現在我們叫它為「鎿」。鎿衰變得很快，變成94號元素鈈，鈈像鈾－235一樣可以裂變，是制原子彈的好材料。這第二個城市就是專來實現這個轉變的。它在華盛頓州的西部，沿哥倫比亞河畔竟佔地1000平方英里，有專用鐵路350英里，有人口6萬。但是這樣一座城市悄悄的就像不存在一樣。保密成了這裏居民的一個共同的性格。食堂里掛着「先想好了再開口」、「勿談工作」等標語，所以幾千人的食堂除了嚼食物的聲音，竟沒有人說一句話。
 
 
 
　　這第三座秘密城市就是格羅夫斯說的「那裏」。它是原子彈的組裝和實驗地點。
 
 
 
　　1942年11月，在新墨西哥州西北部一座荒涼的沙丘上站着兩個人，一個高大魁梧的將軍和一個文靜的書生。他們極目察看着這一帶的地形，山丘頂是一個平台，台地的西邊伸來一條綠色曲線，那是吉美茲山脈，而東邊突然降落，接着就是一片浩瀚無垠的沙漠。附近只有稀稀疏疏的幾個居民點，台地上有幾間破舊的石頭房子。他們目光對視一下向石房子走去。房子前面有十幾個孩子正在踢球，原來這是一所鄉村學校。校長出來迎接他們，那位將軍說：「對不起，校長先生，您恐怕要搬個地方，這座學校軍隊買下了！」這位將軍就是格羅夫斯，而那位書生便是物理學家奧本海默，原子彈研製的負責人，現在的頭銜是研究室主任。不久以費米為首的那一批科學家便在芝加哥失蹤了。
 
 
 
　　1944年夏季的一天，費米的夫人突然接到一個電話，告訴她將有人送去三張火車票，她帶上孩子到指定的站下車，有人會把她們接到一個叫Y基地的地方。
 
 
 
　　費米夫人到達的當天就領到一塊白徽牌，就是說現在她也成了保密對象，她發現自己的丈夫身上佩着藍牌，意味着絕密。當天晚上，他們舉行了一個小小的家宴，費米領來的客人使她大吃一驚。有丹麥物理學家玻爾，有意大利物理學家、費米的老朋友安格雷，有邁特納的外甥、奧地利物理學家費里施，有英國物理學家、中子的發現者查德威克。這麼多不同國家的物理學家在這個神秘的地方相聚，大家都有一種說不出的心情，又喜，又悲，又急，又憂。喜的是闊別多年後老友相見，悲的是戰亂躲起，他們背井離鄉客居此地；急的是聽說希特拉也在搞原子彈，在這場看不見對手的競賽中不知他們能否領先；憂的是這件歷史上從未有過的殺人武器制出來後不知會有什麼後果。
 
 
 
　　作為主人，費米夫人向大家一一敬酒。由於燈火管制，窗簾遮得很嚴，大家小聲談話。賽格雷淡淡一笑說：「我現在為美國政府製造武器，可是從法律上說我是敵人，美、意兩國正在交戰，我是敵僑。」
 
 
 
　　賀米夫人問：「您為什麼不加入美國國籍呢？」
 
 
 
　　「您還不知道，我倒想申請，可是負責審批國籍的法官說美國根本就找不見我們這個地方。」大家都哈哈大笑了。
 
 
 
　　費里施說：「戰爭已打了五年，我看快結束了，到時我們各人都可以回到自己的祖國，更用不着申請外國國籍了。」
 
 
 
　　費米說：「我們的原子彈馬上就要成功了，希望它能加速這個勝利的到來。」
 
 
 
　　玻爾半天沒有說話，他低頭沉思着，已經禿頂的大腦袋在燈下特別醒目。他是在德國人佔領哥本哈根後，由游擊隊救出，用漁船送到瑞典，轉道英國，又乘飛機來到美國的。在這群科學家中他是最受尊敬的一個。這時他抬起頭說了一句考慮很久的話：「要是戰爭結束了，德國人並沒造成原子彈，那我們大家將是幹了一件什麼樣的蠢事啊」。
 
 
 
　　到底德國方面是否在造原子彈，這確實是個謎。格羅夫斯一方面在國內組織原子彈實驗，另一方面加緊對德國的情報工作。1943年秋美國特別成立了一個以帕什上校為首的偵察小分隊，代號「阿爾索斯」。這個小分隊不同於一般戰場上的偵察連、排，它除了有軍人外還有一些老練的情報人員和科技人員，任務則是每天翻閱德國的報紙和物理雜誌，分析、捕追德國的原子能研究動向。
 
 
 
　　1945年春天，偵察工作終於有了眉目。這天帕什上校出現在格羅夫斯的辦公室里。他在桌上攤開一張大軍用地圖和一個卷宗，正詳細報告他們的分析結果：
 
 
 
　　「將軍，您看，這裏是德國南部的黑森林地區。這裏有一個僻靜的村莊叫黑興根，村子附近有一個大啤酒廠，它的鍋爐已經改裝成鈾鍋爐，這便是德國人的原子能試驗基地。實驗總負責人是威廉物理研究所所長海森堡，參加工作的科學家有哈恩、勞埃。」
 
 
 
　　「不得了，好強大的陣容。」格羅夫斯一聽到這幾個名字就不由得站了起來。他知道這些人論能力並不亞於他手中掌握的費米、奧本海默。他想了一會又說：「說下去，還有什麼關於試驗本身的情報沒有？」
 
 
 
　　「還有，德國人在挪威境內建了一個重水工廠，工廠修在一千英尺高的懸崖峭壁之上。這個廠已被英國人和挪威抵抗力量於1942年12月施行了一次成功的破壞。1944年2月，這個廠修復後將生產的重水裝上「海特洛」號輪船運往德國，途中又被抵抗力量將船炸沉。德國人這樣重視重水生產說明他們確實在搞裂變實驗，我們推想除挪威之外，他們一定在別處也還有原料基地，將材料運到黑興根實驗、組裝，就和我們的曼哈頓工程一樣。」
 
 
 
　　格羅夫斯在地上來回踱着步子，有時停在牆上的大地圖前沉思片刻。一會兒突然轉過身，抬手示意帕什走近些，指着桌上的地圖說：「帕什上校，您來完成這件驚人的壯舉。我將向最高當局要求，派一個加強集團軍。您看，從這裏斜插過法軍陣地，當然這要請他們配合。您帶領您的『阿爾索斯』部隊在他們的掩護下突然襲入黑興根地區，將海森堡這幾個人迅速抓獲，立即轉移到英國。」
 
 
 
　　「為幾個人動用一個集團軍，當局肯幹嗎？」
 
 
 
　　「我想會幹的，對我們來說得到海森堡比俘獲十個軍師都有價值。」
 
 
 
　　這個計劃很快得到批准。美軍一個傘兵師、兩個裝甲師再加上一個整集團車開始向德國境內閃電般地襲去。1945年4月22日，帕什上校的小分隊出現在黑興根基地。他們順利地俘獲了哈恩、勞埃，但是海森堡卻不知去向。
 
 
 
　　這時海森堡正騎着自行車慢悠悠地向家裏走着，他是凌晨三點離開基地的，連日來的疲勞使他想脫離實驗現場，換個環境，讓自己輕鬆一下。在路上他又遇到一個小麻煩，一個黨衛軍橫着槍問他為什麼一人半夜出行，一定要逮捕他。他不怕，希特拉也不敢把他怎麼樣，他們現在還用得着他。但為了不打擾自己的休息，海森堡掏出德軍元帥剛送他的一句好煙，這個黨衛軍才放他上路。他就這樣不慌不忙地回到家裏，煮了一杯咖啡，點燃一支煙，背靠在藤椅里，舒舒服服地長吐一口氣，看看窗外天邊的星星。突然背後一隻手搶頂住了他的肩膀。他一回頭看見一個美軍上校，皆帶一個徽章，上面一道紅色閃電穿過一個白色的「a」字母。他立即明白了這是怎麼一回事。
 
 
 
　　此人正是帕什上校。他說：「海森堡先生，對不起，您被捕了。」
 
 
 
　　海森堡仍然安詳地吸了一口煙，甚至微笑地示意帕什坐下，他說：「上校，我想你們這樣興師動眾，並不是為了我，而是為原子武器吧。我可以明確地告訴您，這實在是一場虛驚。1942年初之前，德國方面曾有過這樣的打算，可是到了夏天，最高當局就已放棄了這個嘗試。因為我們的工業負荷太重，你們的空襲太多，還有抵抗力量的破壞。元首親自簽署命令，只許進行那些半年之內就能見實效的研究。這樣倒好，我們這些物理學家在道德上獲得了解脫，將來不應讓人指為殺人犯的。」
 
 
 
　　「先生，我現在還不能相信您的話，況且我的任務只是請您跟我們到英國去。」
 
 
 
　　「是的，我可以跟你們走一遭。但是我要告訴您，美國政府大可不必那樣害怕，不必花那麼多錢，集中那麼多科學家。1941年秋天，我在哥本哈根見到我的老師玻爾先生時就曾暗示過這個意思，可惜他未能理解，聽說他現在也在幫你們工作。」
 
 
 
　　面對這樣一個偉大而又安祥的科學家，帕什上校不好意思總用槍口對着他。他將槍插入槍套中，海森堡站起來，帕什甚至還上去扶了他一把。當他跟看海森堡出門時，心裏在說：看來我們真的是虛驚一場。德國人確實還沒有進入原子彈的試製階段。
 
 
 
　　但是，美國人的原子彈已經是箭在弦上，不得不發了。
 
 
 
　　1945年7月16日晚上，就是抓獲海森堡後將近三個月，費米和他的夥伴們葡匐在新墨西哥州的大沙漠裏。轟然一聲巨響，費米突然躍起向空中撒了一把碎紙片。隨着巨響是一陣氣浪，將紙片急速地捲走。費米緊追紙片跑了幾步，然後大聲喊着：「成功了！它的爆炸威力相當於二萬噸梯恩梯炸藥。」原來他是根據衝擊波吹走紙片的距離來測算炸彈的威力。過了一陣他們驅車來到爆炸現場，只見一個直徑半英里的大坑，坑內表面上的沙子早已熔化後又凝固成一層玻璃。
 
 
 
　　現在德國人已經潰敗、日本人也已經到了潰敗的邊緣，而新墨西哥州基地里卻有兩顆裝好的原子彈還沒有使用，科學家們感到自己的任務已經完成，戰爭的勝利就在眼前，這兩顆原子彈已無使用的必要。玻爾為此曾專門見了一次羅斯福總統，愛因斯坦也向總統再次擬好一信，但是羅斯福很快病逝。新上台的是杜魯門。這些努力都太晚了，老虎一經養大便再難限制它的野性。杜魯門簽署了投放原子彈的命令。
 
 
 
　　1945年8月6日清晨7時，一架美國飛機出現在日本廣島上空，警報響了，但是居民們已經司空見慣，並不去躲避，況且這是一架普通氣象觀察機。8點15分，空中突然出現兩架飛機俯衝而下，其中一架投下一個降落傘吊着的爆炸記錄儀，另一架投下一個原子彈。頓時，這座有24.5萬人口的城市使消失在一道紫光之中。一團熾熱的火球越脹越大，隨即颳起一陣疾風，時速達500英里。一會兒，一股蘑菇狀煙雲伸向五萬英尺高空，接着煙雲凝成烏黑滑膩的大雨點，從天而降。就在這片刻之間，廣島地面上的一切建築物都被夷為平地，約有八萬人被奪去了生命。
 
 
 
　　這天上午，愛因斯坦正在紐約州北部的薩朗那克湖上，一人乘着自己設計的帆艇滑行。水上運動是他的特殊愛好，雖然年紀大了，興趣仍未稍減。中午，當他回到岸邊時，一位《紐約時報》的青年記者正在那裏等着他。
 
 
 
　　「愛因斯坦先生，您還不知道吧，今晨8時15分，一架水上飛機在廣島投下了那個炸彈。」
 
 
 
　　愛因斯坦瞪大了眼睛，有幾秒鐘不說話。他那團亂發被湖上的風吹得更亂，根根銀絲都像是受了驚似的橫豎亂伸。只聽見他左腕上的手錶在嘀咯地響着。半天他才說一句：「這是不能允許的！」
 
 
 
　　「愛因斯坦先生，人們都說您是原子彈之父，或者原子彈的祖父。現在原子彈誕生了，您有什麼感想？」
 
 
 
　　「年輕人，你們這些掌握輿論的人要明白，戰爭我們是打贏了，但和平卻失去了。我現在最大的感想就是後悔，後悔當初不該給羅斯福總統寫那封信。我從來不承認我是什麼原子彈的『父親』、『祖父』之類的玩笑。我參與這件事的唯一工作就是簽署了那封信。我當時是想把原子彈這一罪惡的殺人武器從瘋子希特拉手中搶過來。想不到現在又將他送到另一個瘋子手中。戰爭勝利已成定局。我們為什麼要將八萬無辜的男女老幼，作為這個新炸彈的活靶子來打呢？」
 
 
 
　　「先生，您的和平主義思想是盡人皆知的。現在，您認為應該怎麼辦呢？」
 
 
 
　　「禁止使用核武器。首先是科學家，無論那一國的，都團結起來抵制對原子武器的研製，而且要迫使政府通過一項對使用核武裝的禁令。假如我們這些製造了這個爆炸的科學家都不能獲得對它的禁令，我們就是給自己，也是給科學家定了死罪！」
 
 
 
　　愛因斯坦的想法到底實現了沒有？且聽下回分解。

第六十七回
一念之間 救活千萬人，十年接力 功到自然成
 
——抗菌素的發現　　上回說到愛因斯坦聞聽自己建議研製的原子彈在廣島上空爆炸，千萬無辜百姓瞬間灰飛湮滅，不覺痛心疾首，大呼科學家要帶頭設法禁止核武器的使用。從此以後，禁止使用核武器便成了一場世界性的和平運動。
 
 
 
　　科學是一把鋒利的寶劍，人們得到它可以披荊斬棘，去為幸福的生活開闢坦途，也可以同類相殘，製造災難；科學是一把打開自然寶庫的萬能鑰匙，人們用它來取得光、熱、電，創造新的文明，但也能用它放出邪惡的火，製造罪孽。在進行第一次世界大戰時，人們還只能用老式的槍炮對射，到第二次世界大戰時便能用飛機轟炸，用潛艇偷襲。全世界死於二次世界大戰的人便有5120萬人。科學為這場戰爭造就了最強大的殺人武器，就是那個愛因斯坦後悔不迭的原子彈，但是科學也在這時發現了一件救人免於死亡的法寶——青黴素。
 
 
 
　　話說1943年春天，正是太平洋戰爭緊張之時，美國在各處的傷兵源源不斷地運回國內，湧進伯利漢城的柏西乃爾陸軍醫院。這本是一個擁有2500張病床的，世界上少有的大醫院，但是現在連走廊士都擠滿了傷員。他們大都是槍傷、炸傷或燒傷，缺臂少腿慘不忍睹。院長正在巡視現場，他只能在橫躺豎臥的傷員堆中跨行。他看看他們滲出鮮血的繃帶，聽着大呼小喚的呻吟之聲，更是愁腸百結，哭天不應。他知道這些小伙子說是被送來這裏搶救，但實則是來排隊等死。傷員送來之前，傷口幾乎全部感染，病菌吞噬着肌肉，侵入骨骼，侵入血液，病人被折磨得奄奄一息，而醫生卻束手無策。因為他們能用的最好的消炎藥便是磺胺了。但這種藥大量殺傷人體的白血球，反倒削弱了病人的抵抗力，加快了病人的死亡。
 
 
 
　　這天，從波士頓來了一位青年醫生，他自稱帶來一種「神藥」，可以讓這些傷員起死回生。院長不信，但是這些傷員再也無其他辦法可救了，他使選了49名嚴重骨折的病人來試試看。他們的骨片都已剌出皮膚，傷口嚴重感染，醫生用這種「神藥」消除炎症，挖去死肉，縫合傷口，果然再未感染，其中42人竟很快出院。他們又把這種藥用於骨髓炎、腦膜炎、血液中毒等，結果受治療的209人就有206人活了下來，並很快出院。這真是一個奇蹟！院長握住青年醫生的手高興地說：「年輕人，您從哪裏發現這種『神藥』？」
 
 
 
　　「不，這種藥的發現者是一個英國人，他叫弗萊明。可惜它現在還不能大量生產。我這次帶少量樣品來，就是希望能引起軍方對這種藥的重視。」
 
 
 
　　各位讀者，這位青年醫生用的「神藥」當時叫「盤尼西林」，它是人類發現的第一種抗菌素青黴素。提起它和它的發現者弗萊明(1881－1955)，這故事還得從頭說起。
 
 
 
　　亞歷山大．弗萊明1881年生於英國的洛克菲爾特。他在醫學院畢業後專門要求到聖瑪麗醫院實習。說來這個原因很可笑，因為聖瑪麗醫院的水球隊水平很高，而弗萊明酷愛這項運動，於是便投奔這裏而來。他實習成績優異，醫院要留他任住院部醫生，可是這時細菌部正在組建射擊隊，弗萊明對體育無有不好，射擊也是一把好手，於是他又被細菌部主任從住院部挖了過來。誰知他這個從游泳到射擊的業餘愛好的轉變，倒促成了他從醫生到細菌研究者的專業的轉變。柏西乃爾陸軍醫院得救的傷員，倒是真應該感謝他那濃厚的射擊興趣呢。
 
 
 
　　再說弗萊明到細菌部上任不久，就趕上第一次世界大戰爆發，他立即上了前線。戰士們傷口潰爛感染的痛苦給他留下極深的印象。戰後他又回到聖瑪麗醫院細菌部，發誓要解決這個難題。
 
 
 
　　1928年，他集中力量研究葡萄球菌。這種可惡的東西，在顯微鏡下是黃色的，像一堆魚子，讓人一看就想嘔吐。它就是傷口潰爛、生膿長瘡和血液中毒的禍根。研究的辦法照例是把這種細菌接種在培養皿上，給它一點培養液，讓它生長，觀察它的形態和生長規律。這是一件很枯燥又要很細心的工作，從列文虎克、巴斯德開始，便只有極富耐心的人才幹得了這種事。
 
 
 
　　1928年的一天早晨，弗萊明換上工作服，像往常一樣推門走進實驗室，第一件事就是檢查一夜間細菌的生長情況。他將那些小碟子似的培養皿一個個取出來，仔細觀察，看到有一隻培養皿上的黃色葡萄球菌此昨天少了一半。這是實驗室里常有的事，細菌被別的菌污染後，培養皿上又會長出別的菌種。這一碟污染過的菌是不能用了，應該倒掉，重新培養。弗萊明站起身來，左手持碟，右手抓過一把鑷子，當琅一聲刮在皿邊上，就要將這些可惡又可憐的葡萄球菌刮入垃圾筒里去。但是，就在這鏡子碰着皿邊當螂一響之際，弗萊明的手又縮了回來。他轉念一想，我何不看看到底是什麼討厭的細菌總是污染我的培養皿，破壞我的實驗？
 
 
 
　　弗萊明這一轉念不要緊，他可挽救了千萬條生命。
 
 
 
　　他把碟子拿在手裏仔細觀察，被污染的地方好像長了一層綠霉。這不知是哪裏飛來的一點線黴菌的孢子落在了培養皿上，它便這樣迅速地生長開來。更奇怪的是，這種綠色的菌十分強悍，竟將那些黃色葡萄球菌慢慢地吞噬掉了。按一般生物學家的解釋，這是因為新菌奪去了培養皿上的養分，舊菌自然餓死。可是弗萊明不願因襲這個傳統觀點，他想弄清這支「綠軍」是怎樣將"「黃軍」戰敗的。他在筆記上寫道：「是什麼引起我的驚異呢？就是在綠霉的周圍，葡萄球菌被蝕化，以前它長得那樣茂盛，現在只剩下了一點枯影。」
 
 
 
　　弗萊明未敢耽擱時機，他立即取來白金絲，挑了一點黴菌，放在皿上細心培養。這些霍菌在顯微鏡下很是好看，起初長出一點白色的絨毛，後來就變成一層綠色的「地毯」，而每一根就像浸在水裏的毛筆，頭上還有向四周張開的筆毛。他興奮極了，立即召來兩名助手說：「這種新菌生長力這樣強，我看它很可能是葡萄球菌的死敵，它不只是和葡萄球菌爭奪養料，而是自己分泌了一種汁液直接殺死了對方。」於是弗萊明吩咐助手將黴菌培養液仔細過濾。然後，他取過一隻長滿葡萄球菌的小碟，用白金絲挑了一滴過濾液滴入其中，幾小時後，那些可惡的葡萄球菌竟消失得無影無蹤。
 
 
 
　　弗萊明高興極了，他連連吩咐助手們趕快再制一點過濾液來。他們將過濾液稀釋到各種濃度，試驗於各種細菌。當濃度為1﹪時就足以殺死鏈狀球菌；到1/300時還可能阻止葡萄球菌的生殖；到1/800時，還可殺滅肺炎球菌。這可真是一件從天而落的大喜事。那些瘋狂作亂的病菌原來自有一種與它同樣小的玩藝兒來輕而易舉地對付它。病菌是可以由其他菌來對抗的，這便是抗菌素，弗萊明把這個人類發現的第一個抗菌素命名為青黴素。
 
 
 
　　各位讀者，青黴素存在於世界上也不知有幾千百年，何以單單撞在弗萊明的手中，去讓他發現？這就要說到科學研究的一個重要方法，就是觀察。其實客觀事物存在於我們每個人的周圍，同每人捧獻着平等的發現機會。有人熟視無睹，掃一眼即過，他睜着眼其實並沒有看見什麼；有的人留戀不止，注視良久，想了又想，想了又看，總要發現事物中的特殊之點，找出問題的最新解釋。於是這個平等的發現機會在不同人的身上就會結出極不平等的結果。這也就是為什麼從古到今科學門庭人來人往，攻關大軍浩浩蕩蕩，而摘冠奪魁者總是少數偉人。原來他們一決定獻身科學事業，便努力練就了一雙銳利而又冷靜的眼。弗萊明也正是一位這樣的學者。他在孩童時代就養成一種細心的習慣。一次他隨母親到醫院裏探望一位病人，他問那人得了什麼病，為什麼會得這種病，直問得苦主再也答不出來，只好說：「孩子，人們還沒有詳加研究的病症多着呢！」
 
 
 
　　他記住了這句話，以後發誓學醫，無論在戰場上觀察那腐爛的屍體，還是在醫院裏收集培養各種病菌，都要極細心地觀察記錄和思考。今天他發現青黴素實在是理所當然的了。
 
 
 
　　再說弗萊明發現了青黴素的抗菌作用，欣喜若狂。他又一轉念，還不知這菌本身對動物和人體有無毒性。於是他趕快找來一隻家兔和一隻白鼠，同它們的耳朵上和腹內分別注射了濾液。還好，並無一點不良反應。他又在人的血液內混上一點青黴素，證明對白血球也無殺傷作用。於是弗萊明便揮筆將這一成果寫成一篇短文，發表在1929年9月份的《英國實驗病理學》雜誌上。當時有人勸他就這項發現去申請製造青黴素的專利，他說：「為了我自己和我一家的尊榮富貴，而無形中危害無數人的生命，我不忍心！在我畢業之時就宣過誓，一定要以所學知識救死扶傷。醫藥界最可怕的莫過於貪，貪名貪利而不捨己救人無異於拿刀殺人。」他毅然將這一發現過程詳細公佈。
 
 
 
　　但是，正像許多重大發現一樣，科學原理的發現到轉化為具體應用，這中間還有許多技術難題。青黴素可以救命治病，但是靠在碟子裏培養，實在太少太少了。哪怕治療了一個輕微的傷口也需要幾公升的濾液。且不說造不出這樣大量的藥來，就是能造出來，把幾公斤的濾液傾注到人的血管中去，這也是不可能的。人們一時還找不到一種提取出有效成份的好辦法，於是這種「神藥」在醫界引起一陣小小的興奮之後，又漸漸被人遺忘了。
 
 
 
　　歲月整整過了十年，有一個從德國流亡到英國的青年化學家錢恩，他看到了十年前弗萊明發表的那篇文章，於是又開始作提純實驗。到1940年冬，他提煉出很少一點青黴素，剛夠給四隻老鼠注射。他先給八隻老鼠注射了致死的病菌，再給其中的四隻注射青黴素，結果這四隻活了下來，那四隻立即死去。但是錢恩提純的藥其純度才只有0.3﹪。而且這種方法所需黴菌培養液極多，要提煉出能治一個惡性病人的藥，就需要注滿一節火車廂的菌液。所以實驗還是只能在白鼠身上做，因為一隻白鼠的體積只有人體的三千分之一。
 
 
 
　　到1941年，青黴素研究的接力棒又傳到了一位澳大利亞人手裏，他叫弗洛里，此時正在牛津大學教病理學。弗洛里想方設法在英國一家化工廠的幫助下，提煉出一小匙青黴素藥粉。他估計這足夠治療一個病人了。這年冬天恰巧有人急慌慌地來請他出診。他登門一看，床上躺着一位48歲的警察，頭上臉上全是膿癤，全身也已多處潰爛，眼睛腫得已經睜不開，神志昏迷，離閻羅殿也就只差一步了。弗洛里想別無他法，只有將這一小匙藥粉拿出來或許還可救命。
 
 
 
　　這弗洛里忙吩咐助手將藥粉配成生理鹽水，架起輸液裝置，藥液一滴滴地滲入病人的血液中。他也顧不得吃飯睡覺，一直守候在病人身旁。24小時過去了，病情顯着好轉，膿癤不再惡化，病人竟睜開了眼睛。到第五天，病人已能吃東西了。家屬和鄰居們都高興地擁進來，他們歡呼弗洛裏帶來了「神藥」，親人有救了，從此人類再不怕這種病魔。可是這時弗洛里卻急得坐立不安，他臉脹得通紅，額頭上滾下豆大的汗珠，大家越是高興，他就越是手足無措。原來他那一小匙藥粉已經用完。眼看看病菌又捲土重來，病人那本已放出光亮的黑眼重又閉上，臉上的膿癤重又鼓起，死神對他只鬆了一下手，又緊緊地將他拉走了。
 
 
 
　　病人死了，是在醫生的手中眼睜睜地死去的。弗洛里捶胸頓足．他的悲痛還要勝過別人十分。是自己醫術不高明嗎？不是。是這種新藥無效嗎？不是。是這種藥太少啊，它發現已經十多年了，可是總邁不出實驗室的門，進不了病房。看來做醫生的不能只等藥，還要推動生產單位去造藥。弗洛里大聲疾呼，在倫敦奔走。但是這時正是第二次世界大戰的緊張階段，炮火連天，倫敦尚在生死存亡之時，有誰來投資生產這種新藥呢？可是，戰爭不能正常生產藥品，卻在大量地生成傷員和病人。弗洛里眼看看一批批傷員、病人在自己面前死去，心如刀割。他知道在國內一時是得不到支持了，轉念一想，大西洋彼岸的美國還未經戰火灼燒，或許還可生產這種「神藥」，於是便帶了一名助手，毅然飄洋過海，投奔美國而去。
 
 
 
　　正是：
 
 
 
　　眼見病人輾轉死，懷抱妙方無人識。
 
　　喊天不應地無聲，飄洋過海覓相知。
 
 
 
　　卻說弗洛里到了美國之後又少不了一番遊說，為救人類於病痛，他受盡了跋涉之苦與唇舌之累。這樣幾經周折，一天他找到了美國農業部實驗室，又力陳新藥的好處和商業應用的可能。真是天無絕人之路，這個實驗室發酵組的主任也是一位熱心人，他立即表示支持，並組織了25人的研究組，就請弗洛里指導開始了實驗。果然，不久他們用玉米汁培養黴菌，青黴素的產量一下提高了十倍。
 
 
 
　　這個可喜的進展對弗洛里是極大的鼓舞，他立即請求軍方幫忙。辦法很簡單，就是飛行員外出執行任務時從各地機場抓一把土帶回來。於是弗洛里的實驗台上很快堆滿了印度、中國、非洲、南美洲等地的泥土。他就從這些土中分離菌種，青黴素的產量從每立方厘米兩單位，一下子提高到40單位。真是翻過高山見平川，難關一周，順利的事就接踵而來。一日弗洛里高興，下班之後在實驗室大門外的街上散步。他見路沒水果店裏西瓜滿架，想這幾日工作很有進展，何不買幾個西瓜慰勞一下同事們，便步入店內。他正要舉手點瓜，忽見櫃枱上有一隻擠破的西瓜，有幾處瓜皮潰爛，上面長了一層綠色的霉。他忽然對售貨員說：「就要這一隻。」
 
 
 
　　「先生，那是我們剛選出的壞瓜，正準備扔掉呢？」
 
 
 
　　「那就請您送給我吧。」
 
 
 
　　弗洛里捧着這顆爛西瓜回到實驗室里，他小心地取下一點綠霉，培養出菌種。想不到從這裏得來的青黴素又從每立方厘米40單位猛增到200單位。青黴素的產量從此猛增，到1944年美國已有2000所青黴素倉庫。戰後，這種曾是極貴重、極神秘的藥已經能在藥店裏隨意購到了。而弗萊明、錢恩和弗洛里三人因為這項偉大的功績同時被授予1945年度的諾貝爾生物及醫學獎金。這是後話。
 
 
 
　　還說弗洛里在美國兩年終於將青黴素從實驗室推廣到了病房，雖冒着風浪，遠渡重洋，但有此收穫也算不虛此行。他還一直惦記着在英國的研究工作，大事辦完便收拾行裝準備回國。這時美國科學研究院的醫科主任聽說弗格里要走，便特邀他去敘談。因為這位主任近幾年主要研究醫治槍傷、燒傷、實得力於弗洛里的青黴素。兩人坐定，主任說道：「大戰中我們科學研究生產了一種最厲害的殺人武器，又研究生產了一種最有效的救命良藥。前者是原子彈，後者是青黴素。先生您真可與愛因斯坦媲美了。」
 
 
 
　　弗洛里說：「這萬萬不敢，而且青黴素也不是我首先發現的。但作為一個生理和醫學工作者，我要大聲呼籲，科學除了研究自然現象外，實在也該將注意力對準我們人體自身。這裏面還有許多的謎還沒有被解開呢。」
 
 
 
　　到底人們怎樣揭開自身的謎，且聽下回分解。

第六十八回
嚴師長 聲色俱厲教學子，慈老翁 語重心長勉後人
 
——條件反射學說的創立　　上回說到弗洛里為了推廣一種藥，遠渡重洋四處奔波。他面對這個烽煙四起，戰事不休的世界，發出一聲關心世人的長嘆。而有一位偉人正是以此為己任的。這便是蘇聯生理學家巴甫洛夫(1849－1936)。
 
 
 
　　巴甫洛夫1849年9月27日生於俄國中部的梁贊城。父親是一個窮神甫，母親常外出給人家幫傭。家境十分貧寒。兄弟姐妹十人，他是老大。在這樣苦困的條件下，他父親堅持讓兒子讀書，並告訴他讀書最要緊的是認真，一本書要讀兩遍，努力理解其中的思想內容。巴甫洛夫謹記父訓，從小就刻苦認真，肯動腦筋。一次，他隨父親到一個農家去，替一個危重病人做臨終祈禱。在回來的路上，小巴甫洛夫想起剛才病人痛苦的樣子，便憂傷地問道：「爸爸，你救不了她的命？」
 
 
 
　　「這種病是無法治好的，但願我剛才的祈禱能救了她的靈魂。」
 
 
 
　　從此，他就暗下決心，將來「要弄清人的構造，幫助人們成為健康、聰明、幸福的人。」他先是考進彼得堡大學博物科，學了幾年生理。但到大學畢業時，他對自己掌握的這一點知識很不滿足，便寫信給父親說：「這個世界上冤死於疾病的人太多了，實在是人類的一大憾事。雖然我明年即可大學畢業，但我現在正跟教授們商量，可否准許我放棄自然科學的學習，轉入醫學院從頭學起。」
 
 
 
　　母校的醫學院嫌他年齡大，不肯錄取，他使進了軍醫學校。他從軍醫學校畢業時已34歲，因成績優異留校從事研究。一次，他為了一篇論文，發表在新醫藥雜誌上。一位德國生理學權威看到這篇文章後大呼：「真是一位天才！」便托雜誌社給他轉去一筆路費，請他到德國合作。1889年，巴甫洛夫已40歲，便啟程來到柏林。這時，原來曾拒絕他入學的母校醫學院方知道他是一匹千里馬，於是再三電邀他回國。數年後他又回到彼得堡大學任實驗醫藥學院生理研究所主任。
 
 
 
　　巴甫洛夫一生的研究有三個階段，先是血液循環系統和消化系統，後來又研究神經系統。
 
 
 
　　1904年，巴甫洛夫因為對消化系統的研究成果而獲得諾貝爾獎金。這年他已53歲，就是這一榮譽也足夠他享用終生了。但是他突然提出一個小小的題目：唾液是怎樣流出來的？他的朋友聽說這一決定後專門跑來勸他：「你這個老頭子不是發瘋了吧？以你這位剛獲得諾貝爾獎金的偉大生理學家，卻搞這樣司空見慣的實驗，只怕不但不能出新成果，還給人家空留下笑柄。」
 
 
 
　　巴甫洛夫微微一笑說：「一片樹葉雖小，卻要靠樹根、樹身給它輸送養分。難道這一滴唾液不會牽動人的全身嗎？而其中的秘密又有誰知呢？」
 
 
 
　　巴甫洛夫是一個治學極嚴又雷厲風行的人，他說干就干，立即和助手們佈置起一個實驗室。他將一條狗捉來，在它的頰部開一個小孔。狗嘴裏本有六條唾腺分泌唾液，這個孔只將一條唾腺的唾液引到外面來，有一個專門的儀器來準確地計算唾液的滴數。這隻狗被關在一間沒有聲音的房子裏，這種手術也不使它有什麼痛苦，因此它可以照常生活，進食、睡覺。當食物在嘴裏嚼動時，它就分泌唾液，只不過其中有六分之一沒有流到胃裏，而流到下巴邊的管子裏。
 
 
 
　　這一切佈置好後，巴甫洛夫把助手們召集來。他每次做實驗前都要向助手和學生講清原理及操作過程。他的實驗室規矩極嚴，牆上寫着「細心觀察」幾個大字，地上乾淨得不許有一張紙片。實驗一開始，這裏的氣氛嚴肅得不亞於一個軍事指揮所。這時助手們都穿着白色工作衣，聚精會神地聽他說話：
 
 
 
　　「動物怎樣支配自己的活動？我們現在還不清楚。有一種觀點，說是靈魂在起作用，這就更玄了。以往的生理學做了許多解剖，也探明不少問題，但他們解剖的是已停止了生命的動物，所以無法觀察動物生命的運動。我們現在這套實驗，就是讓狗既能正常進食，又能觀察到它的唾液分泌。」
 
 
 
　　「老師，吃東西就要分泌唾液，這不是早已觀察過多少次的嗎？」
 
 
 
　　「對。但是我們今天不只觀察狗吃東西時怎樣分泌唾液，還要觀察它不吃時能不能分泌，或在怎樣條件下分泌。如果能，這就不只是一個吃的問題，而是什麼地方指揮狗的唾腺到時就分泌唾液。就是說，我們是通過狗的唾液來研究一下它的腦子，看看它的神經是怎樣活動的。」
 
 
 
　　啊，原來如此。巴甫洛夫是想舉一反三，通過幾點唾液來探測神經活動的奧秘。
 
 
 
　　他們先是一搖響鈴鐺就開始給狗餵食物，這樣配合了幾十次後，只要鈴鐺一響，即使不餵食物，狗也分泌唾液。後來他們又改成電燈一亮就餵食物，接着又換了其他多種信號。但無論哪一種信號，只要重複配合幾十次，就都能得到同樣的效果。這種信號刺激的準確度實在令人難以置信。就是我們耳朵根本不能區別的振動數每秒500次和每秒498次的音，只要與前者同時餵食數十次，那麼狗也能在聽到前一種聲音的情況下分泌唾液，而在聽到後者時絕不分泌。這就很可以理解，為什麼一隻狗，當我們剛一舉起棍子，或突然蹲下做個摸石頭的動作時，它就會機靈地逃避。就是說，動物的每一個微小的器官都是由大腦和神經把它們聯繫在一起，外部世界對動物有什麼刺激，神經和大腦就會作出反應，再重複刺激，以後一遇到相同的條件，就立即有相同的反應。巴甫洛夫將這稱為「條件反射」。如果沒有這種條件反射能力，動物和人將不能生存。不過人和動物又有不同。動物只會根據具體的條件反射，而人還可以根據語言來反射，這叫「第一信號系統」和「第二信號系統」。
 
 
 
　　1927年巴甫洛夫公佈了他的研究成果，使全世界都為之震驚。人被靈魂支配的學說被徹底擊垮了。身體的活動是肌肉的運動，意識的精神活動原來也是作為物質的大腦生成的。這是唯物論的一個最好的例證。第二年，1928年，正好是生理學家哈維誕生350周年，巴甫洛夫應邀參加在倫敦舉行的紀念活動，各國學者都向他歡呼，稱為哈維再世。
 
 
 
　　各位讀者，這「條件反射」作為一個科學的原理是巴甫洛夫第一個發現和提出的，但是我們平時早就在不自覺地運用它了。據說曹操一次帶兵打仗，將士行軍艱難，正趕上日午，口乾舌燥，但附近又無水源。忽然曹操將馬鞭一舉說：「前面好大一片梅林！」人們聞言嘴裏不由得分泌出口水，其實並沒有什麼梅林。但這一條件反射倒真止了一點渴。還有一個故事說的是清朝時有個地主，每當他騎驢出門就讓路上的窮人給他彎腰行禮。當時還是孩子的鄭板橋氣憤不過，忽生一法。他乘地主不在，就用一根柳條對那毛驢猛抽，抽幾下，對驢行一個禮。然後又抽幾下。這樣，這頭毛驢再馱着地主出門時，一見有人行禮便一驚，把主人摔落在地。如是幾次，地主騎驢出門時便再不敢讓人給他行禮了。那曹操和鄭板橋各比巴甫洛夫早1600多年和150多年，卻也能如此熟練地運用條件反射。這是一段閒話。
 
 
 
　　再說巴甫洛夫所以能發現「條件反射」原理，實得力於他的認真。他是位一絲不苟的學者，平時實驗用的狗，他都要親自餵食。他就是隨便寫一張便條，別人猛一看還以為是印刷的。他對學生和助手極誠懇，但又要求極嚴，決不饒恕他們的哪怕是最微小的一點疏忽。一天，巴甫洛夫正指導學生做狗的唾液分泌實驗，他的助手因為專心聽講，沒有記錄下唾液腺分泌的兩滴唾液。巴甫洛夫講完話後查看記錄本，便一把將本子摔在地上：「見鬼，你剛才幹什麼去了？你的職責是什麼？你要是對這個專業有興趣，那就請勞你的大駕，從頭到尾自己動手，用你自己的手和眼，這是我們的最高原則。如果你連這一點也做不到，又想得到知識，卻又不想認真吃苦，那就請走你的路吧！」
 
 
 
　　這個學生一直被訓得滿面通紅，脖頸流汗。他想這回完了，好不容易進了這個全世界生理學界都注目的實驗室，可是就要被辭退了。但到了晚上，他卻接到一張便條，上面寫着：「不要妨礙事業，明天請來做實驗。」凡是跟隨巴甫洛夫工作過的人，都受過這樣嚴格的訓練，所以他的實驗室提出的報告，從來是無懈可擊。有整整五十年，人們竟找不出他們的一項數據錯誤。
 
 
 
　　各位讀者，科學就是要求得世界的真實面目。由於自然現象的紛繁複雜，由於我們的知識和觀察手段在一定階段的限制，我們對世界本來面目的認識總有一定的誤差。科學的任務就是不斷克服這種誤差，弄清真象，逼近真理。為此達爾文才甘冒風浪之險，環球五年，去覓物種起源的根據；為此居里夫人才不避煙火，煉鐳八年，去尋放射性的蹤跡；為此，赫歇爾才不憚其苦地觀察記錄了10萬多顆恆星，終於弄清了銀河系的結構；為此盧瑟福才不厭其煩地分析了25000張基本粒子的照片，終於從6張片子中找到了人工轉變元素的根據。人們為對付自然假象的蒙蔽，克服主觀與客觀問的誤差，最有效的武器莫過於「認真」二字。所以在知識學習和科學研究中最不能原諒的就是「馬虎」一詞。試想，科學的任務本就是克服主觀與客觀間的誤差，而我們自己在工作中卻又製造誤差，容忍誤差，這豈不是自己欺騙自己？所以一切老實的，希望有作為的科學家，無不把「認真」二字刻在額頭上，有了這件法寶，那就無論什麼難題也要退避三舍了。
 
 
 
　　正是：
 
 
 
　　自然本是一座城，街巷門牌甚分明。
 
　　細心辨認都是路，馬馬虎虎行不通。
 
 
 
　　巴甫洛夫樹工作要求極嚴，對自己也有極嚴格的規定。他每天總是上午九點開始工作，下午六點離開實驗室，中間有一個半小時的午餐。到七十歲後，他的工作時間改為上午十點到下午五點。他每天來和去都連一分鐘也不差。下午六點一到就回家吃飯，飯後玩一會牌，七時到九時睡覺，絕不會客，家裏的電話筒也拿下來。九時到十一時會客，吃茶點，十一時後工作到兩點再睡覺。
 
 
 
　　巴甫洛夫就這樣像一個時鐘一樣有規律有節奏的工作、研究、休息。.1936年新年剛過，2月27日，他突然病倒，一陣昏迷之後，脈搏跳到每分鐘150次。他吩咐把神經病理學教授尼琪琴請來。這位老人很安祥地說：「我研究了一輩子生理，弄懂了一些生理規律，但並不能阻止和改變它。自然規律是不可抗拒的。我知道自己將不久於人世。我唯一掛念的是國家的科學事業，是下一代的年輕科學工作者。我已擬好一篇遺囑，請您再為我讀一遍，看還有無需要更改之處。」
 
 
 
　　尼琪琴教授含淚輕誦道：
 
 
 
　　「我對於我國獻身科學的青年的願望是什麼呢？
 
 
 
　　第一點，最重要的，是連續性。
 
 
 
　　我每次談起這個有效的研究工作的必要條件，不能不感到心情上的激動。連續性，連續性，最後還是連續性！
 
 
 
　　從工作開頭起，在知識的積聚上，必須訓練自己嚴格的連續性。
 
 
 
　　為達到科學的預峰，你必須先從它的初步着手。當你還沒有把前面弄清楚的時候，切不要急於往前進。切不要用大膽的猜度和臆測來掩飾自己知識上的缺陷。肥皂泡的美麗色彩，雖足以使你眩目，但遲早終要破裂，到那時除了悵惘以外，你什麼也得不到。
 
 
 
　　你必須學習涵養和忍耐。在研究科學的時候，決不能怕用苦功——研究事實，對比事實，還要搜集事實。
 
 
 
　　試看鳥的翅膀，如果沒有空氣的支持，就不能使鳥體起來。事實就是科學家的空氣。如果沒有事實，你們就不能飛起。同樣，如果沒有事實，你們的理論都是白費的。
 
 
 
　　但是在研究和實驗的時候，又不能停留在事實的表面上，不要僅僅作一個事實的保管者，你必須徹底闡明事實根源的秘密，並且還要專求支配事實的規律。
 
 
 
　　第二點，是虛心。
 
 
 
　　你絕對不要以為你自己已經知道了一切。無論人家怎樣器重你，你時時要有自認為無知識的勇氣。
 
 
 
　　切不要使驕傲佔有了你。因為如果這樣，當你應該同意的時候，你就要執拗了，你將要拒絕別人的忠告和友誼的幫助，並且你將失掉你的客觀見解。
 
 
 
　　在我指導的集體方面，一切都靠着合作氣氛的支持。我們大家都趨向一個目標，每個人儘自己的能力來推動這共同的事業。在我們中間往往難於分出那些是你的工作，那些是我的。但這樣的做法對於我們共同的工作是只有益處沒有害處的。
 
 
 
　　第三點，是熱情。
 
 
 
　　你應記着，科學是需要我們終身努力的。假定你有兩倍的壽命，仍舊是不夠用的。科學是需要人們最大的努力和熱情的。當你工作和研究的時候，必須具有強烈的熱情！」
 
 
 
　　尼琪琴讀罷這位先輩誠摯的囑託，淚珠早已掛在腮邊，周圍的人也都沉默不語。在場約有許多學生和助手，過去不知挨過這位老人的多少次訓斥，他們多麼希望再跟隨他做一次實驗，再聽聽他那嚴厲的聲音。但是，不可能了。老人現在聲音已很微弱，而且變得格外慈祥。他聽罷遺囑，平靜地說道：「好，就照這個樣子發表吧。我還有兩句話要說。一是自從我生病以來，我就在把自己作為研究對象，也整理了幾篇論文，你們可以拿去作資料，這是一個病人兼醫生的第一手材料，或許有參考價值。這次昏迷之後，我自己覺得我的腦子腫脹，腦壁加厚了。我給照顧我的住院醫生說過，他們不信。尼琪琴先生，您是搞神經病理學的，我死後請您負責對我做病理解剖，驗證一下我的判斷。還有一件事，我在病中想到，我所以能活到85歲，身體一直健康，大概有三個原因：一是我從不沾煙酒；二是我一生的生活極有規律；三是我父母的身體很好，可能有遺傳因素。這些都供你們探討怎樣讓人們活得更健康、長壽時參考。特別是遺傳問題，還是一個很大的謎，值得我們搞生理、病理的科學家多下點功夫。」
 
 
 
　　老人越說聲音越小，他為生理科學奮鬥了一生，但還是覺得有許多事未乾完，想儘量將自己的身體和自己的經驗全都貢獻出來。在場的人只有含淚點頭，他們這一群醫學、生理學專家恨自己沒有回天之力，不能再挽留自己敬愛的師長，在人世上多停一刻。
 
 
 
　　巴甫洛夫平靜地說完這許多話後，便幸福地閉上隻眼。他可以安息了，他為人類的健康幸福，已經付出了足夠的勞動。
 
 
 
　　到底巴甫洛夫留下的話別人怎樣去實現，且聽下回分解。