不怕承認自己的不足

1927年10月，在布魯塞爾舉行的第五屆索耳未物理討論會上，一位物理學家提出了對量子力學的詮釋，遭到了愛因斯坦的強烈反駁。愛因斯坦對這位物理學家提出的量子力學的相關理論表示不能容忍，批評他對統計解釋是“擲骰子”，抨擊“測不準原理”和“互補原理”是“綏靖哲學”。但是，這位科學家沒有就此放棄自己的觀點，而是堅持“是真是假，自己干干再說”。這位科學家就是丹麥物理學家玻爾，他和愛因斯坦的學術論戰成為科學史上一段著名的史話。

雛鷹初展翅

1885年10月7日，尼爾斯·玻爾出生在丹麥哥本哈根一個富裕的知識分子家庭。父親是哥本哈根大學的一位生理學教授，母親出身于一個在銀行界、政治界、古典語言學享有聲望的富裕的猶太人家族，性格溫柔謙和，他們允許孩子的天賦充分地發展。玻爾還在上中學時，父親就發現了這個行動緩慢、做事專心的孩子在物理學上的天賦，于是極力啟發他對物理學的興趣，并且在和朋友就科學、哲學、文學和政治問題進行討論時，允許玻爾旁聽。這對玻爾影響深遠，他的物理天賦很快被大眾所矚目。

1903年，玻爾考入哥本哈根大學數學和自然科學系。1906年，他用自己研制的實驗裝置，通過對實驗結果的深入分析，完成了論文《用液流振動法測定水的表面張力》，并獲得哥本哈根科學院頒發的金質獎章。當時，他還是個在校大學生。

在玻爾學習物理的時期，科學正經歷著迅速的發展。19世紀末，湯姆遜發現一細束陰極射線能在電場和磁場中彎曲。看起來，這束射線是由迄今人們所不知道的、質量比最輕的原子還小的微粒組成的。盡管這一發現在當時被認為只有理論上的意義，但全世界已開始研究起這一后來被荷蘭人洛倫茲稱為“電子”的微粒來。玻爾的碩士論文以及后來的博士論文都是研究洛倫茲的電子論。1911年，玻爾寫成了題為《金屬電子論研究》的博士論文，詳細地分析了金屬的導電性、傳熱性和磁性。當時，玻爾的博士論文答辯會引起了廣泛關注。一家報紙報道說：“尼爾斯·玻爾所寫的內容、所提出的問題都太新穎、太不尋常了，以至于沒有人能夠對他提出問題。”

不久，玻爾獲得特別獎學金，到劍橋大學跟權威物理學家湯姆遜見習一年，這令玻爾欣喜若狂。然而，湯姆遜對玻爾所提出的課題已不感興趣，并且鑒別不了玻爾論文的重要性。盡管如此，留在卡文迪許實驗室的他仍竭力進行實驗工作，同時從事自己的理論研究。

確立原子結構模型

1912年春，玻爾移居曼徹斯特，來到盧瑟福的實驗室。此時，盧瑟福用α粒子轟擊原子內部，確證了原子核的存在，并按照哥白尼行星運動規律解釋原子模型，認為原子中心是原子核，電子在不停地繞核旋轉。但事實上，原子結構和天體力學之間存在著根本區別，盧瑟福模型遭遇到了困難。

經過一段時間的深入研究，玻爾利用古典力學和普朗克一愛因斯坦量子概念，成功地解釋了一系列實驗事實，并分別于1913年7月、9月和11月分3次發表《論原子和分子的結構》這一長篇論文，闡述他的研究結果。在這篇論文中，玻爾拋棄了經典的輻射理論，引進了普朗克的量子概念，提出定態假設、頻率法則兩條假設，從而奠定了原子結構理論的基礎。

玻爾的論文引起廣泛爭論，一些古典物理學的杰出代表，如湯姆遜和瑞利，認為論文內容是錯誤的，但許多物理學家卻熱烈地支持這個理論。不管人們如何爭論，玻爾的這篇論文出色地解釋了原子的穩定性與原子光譜的分立性，第一次提出了原子體系與行星體系的本質區別，確立了被后人稱之為“盧瑟福一玻爾模型的原子結構模型”。從此，原子核物理學誕生了，原子物理學出現了。

哥本哈根精神

1919年，丹麥當局為玻爾建造了一所實驗室。此后，玻爾一直領導著哥本哈根大學的這個研究所，直到1962年逝世。在玻爾的領導下，實驗室聚集了來自世界各地最年輕而杰出的科學家，這個研究所很快成為研究原子和微觀世界問題的中心。海森堡、狄拉克、泡利、朗道等許多杰出的科學家都先后在這里工作過。

更難能可貴的是，玻爾與同事在創建與發展科學的同時，還創造了“哥本哈根精神”——這是一種獨特的、濃厚的、平等自由地討論和相互緊密地合作的學術氣氛。直到今天，很多人還說“哥本哈根精神”在國際物理學界是獨一無二的。曾經有人問玻爾：“你是怎么把那么多有才華的青年人團結在身邊的?”他回答說：“因為我不怕在年青人面前承認自己知識的不足，不怕承認自己是傻瓜。”

1928年，玻爾根據微觀粒子的“波粒二象性”和“測不準原理”，提出著名的“互補原理”。他認為，在量子領域里總是存在互相排斥的兩套經典特征，正是它們的互補構成了量子力學的基本特征。他認為，互補性是因果性的“合理推廣”。尤其在晚年，玻爾用這種觀點論述了物理科學、生物科學、社會科學和哲學中的無數問題，對西方學術界產生了相當重要的影響。

玻爾的互補哲學受到了許許多多有影響的學者們的擁護，但也受到另一些同樣有影響的學者們的反對。圍繞著這樣一些問題，以玻爾為代表和以愛因斯坦為代表的科學家爆發了歷史上著名的學術大論戰，這場論戰已經進行了好幾十年，至今并無最后的結論，而且看來離結束還很遙遠。

亦喜亦憂原子能

從20世紀30年代開始，玻爾的研究所花在原子核物理學方面的力量更大了。他在30年代中期提出了核的液滴模型，認為核中的粒子有點像液滴中的分子，它們的能量服從某種統計分布規律，粒子在“表面”附近的運動導致“表面張力”的出現，如此等等。這種模型能夠解釋某些實驗事實，是歷史上第一種相對正確的核模型。在這個基礎上，他又于1936年提出了復合核的概念，認為低能中子在進入原子核內以后，將和許多核子發生相互作用而使它們被激發，結果就導致核的蛻變。這種頗為簡單的關于核反應機制的圖像至今也還有它的用處。

當邁特納、弗里施根據哈恩等人的實驗提出了重核裂變的想法時，玻爾等人立即理解了這種想法，并對裂變過程進行了更詳細的研究，玻爾并且預言了由慢中子引起裂變的是鈾-235而不是鈾-238。

1940年，德國法西斯侵占丹麥后，玻爾研究所里世界各國物理學家的富有成效的合作被中斷，玻爾也面臨遭逮捕的威脅。1943年，他被盟軍經瑞典轉移至英國，不久又去了美國，積極地參與了制造原子彈的“曼哈頓計劃”。

雖然玻爾以科學顧問的身份推動了原子武器的研制工作，但他堅決反對使用原子彈。1950年6月，他發表了《致聯合國的公開信》，重復了他建立“開放的世界”的懇求和“原子能的發展應在各國之間完全公開”的主張。除此以外，玻爾還將他許多時間和精力獻給了原子能的和平利用上。

1962年11月18日，77歲的尼爾斯·玻爾午睡時因心臟病猝發而逝世。為了表示對這位天才的科學家和思想家的悼念，原蘇聯科學家把1970年合成的第105號化學元素取名鐓(符號Ns，即“尼爾斯”的縮寫)。

30年的學術爭論

1927年10月，在比利時布魯塞爾舉行的第五屆索耳未物理討論會上，愛因斯坦同玻爾展開了激烈的爭論。愛因斯坦認為，量子理論的統計性是由于這個理論未能對物理現象提供一個完備和協調的描述。他相信進一步發展會展現一個更深刻的理論，在這理論中，原子尺度上的事件可以被確切預言，而不只是幾率。物理學會重新回到人們所熟悉的經典理論的因果性描述。愛因斯坦接二連三地提出幾個理想實驗想批倒“測不準原理”，但都被玻爾逐一駁倒。愛因斯坦似乎在這次交鋒中輸給了玻爾，玻爾成功地捍衛了哥本哈根學派詮釋的邏輯的無矛盾性。

3年之后，在1930年10月的第六屆索耳未會議上，愛因斯坦提出了著名的“光匣”的理想實驗：這個匣子中充滿了輻射，在其一壁上裝有一個用時鐘裝置控制的快門。在匣子發出一個光子之前和放出光子之后，分別測定匣子的質量。愛因斯坦論證，釋放光子過程的時間間隔可以用時鐘機構精確測定。而光子的能量也能精確地測定。這樣，就顯然違反了“測不準原理”。

這是一次嚴峻的挑戰，愛因斯坦用他的狹義相對論巧妙地“駁倒”了哥本哈根學派的理論。據目睹者回憶，當時玻爾震驚得目瞪口呆。然而第二天，玻爾精神抖擻地紿愛因斯坦以“致命”的反駁。按照愛因斯坦的廣義相對論，能夠證明，在稱質量過程中，匣子在重力場中的位移，會干擾控制光子發射的時鐘裝置的速率，從而導致一個誤差，這正是滿足測不準關系所需要的數量。玻爾運用廣義相對論，掉頭來反擊它的創立者，從而維護了量子理論。這次，輪到愛因斯坦目瞪口呆了。

又過了5年，1935年5月，美國《物理評論》發表愛因斯坦同玻多爾斯基和羅遜3人合寫的論文《量子力學對物理實在的描述是完備的嗎》，被稱為“EPR佯謬”。“EPR佯謬”的前提是“完備理論的條件”和“物理實在的判據”，而后者是指“空間上分隔開的客體的實在狀況是彼此獨立的”，這一原則也稱為”愛因斯坦可分離性原則”。玻爾則針鋒相對地提出“不可分離性”作為反駁“EPR佯謬”的武器，于5個月后的1935年10月，在《物理評論》上發表了相同標題的論文。

近30年之后的1964年，科學家貝爾根據愛因斯坦可分離性原則，導出一個兩粒子自旋系統的不等式，即“貝爾不等式”。此后，物理學家對“貝爾不等式”證明、簡化，最終可能用儀器來檢驗”貝爾不等式”，作出判決性實驗。實驗結果表明，在少數情況下不違反“貝爾不等式”，多數情況下支持玻爾的理論。因此，目前尚不能對愛因斯坦和玻爾的爭論作出最后裁決。

不過，在爭論過程中，兩位頂級物理學家的物理學思想和哲學思想的相互滲透、交融和互補，對物理學和科學哲學的發展大有裨益。長期論戰也絲毫沒有影響他們之間的深厚情誼，他們一直相互關心，相互尊重，終身摯友。