103伽马射线显微镜

收到爱因斯坦来信的时候，陈慕武正在实验室里和他的三个学生一起动手，仿制着那台从美国通用电器购买来的真空泵。

卢瑟福过完生日之后，在前一段时间密集提出了不少物理理论的陈慕武，终于把他的工作重心从理论放回到了实验上，着手开始研制电子显微镜。

虽然有专利证书在手，但是专利上只是写着寥寥的几句原理，实际动手操作之后，陈慕武才终于知道，在实验室里搞这么一台大家伙出来，是多么困难的一件事情。

电子源和电子透镜都是小事，关键是想要制作出一台放大倍数远高于光学显微镜的电子显微镜，对真空环境的要求也非常高。

和长度不足五十厘米的玻璃管，就能够完成一次电子衍射实验不同。

电子显微镜内的真空腔长度，最少也要在两米以上。

如果只凭借着之前那台通用电气的真空泵来抽取真空，那么效率实在是太低。

所以，制作电子显微镜的第一步，就是要试试看能不能把真空度提升的速度，再稍微加快一些。

虽然他之前一直抵触让奥本海默接触具体的实验，但又因为人手实在是不足，所以才死马当活马医，让奥本海默、赵忠尧和施汝为三个人都来实验室里帮忙。

赵忠尧和施汝为最终还是无惊无险地通过了入学考试，进入到剑桥大学三一学院，和陈慕武成为了校友。

之前他和使徒社里的玛格达连学院院长的公子拉姆塞搭上的关系，终究还是没用上。

如何降低电子显微镜真空腔内的真空度是一个问题，而如何让电子波在几次放大之后最终成像，又是另外一个问题。

上辈子陈慕武在实验室里用的电子显微镜，那都是通过CCD感光元件连接到电脑之后成的像，但显然现在这个年代里，想要搞出这两种东西来，很不现实。

所以陈慕武想的是，要么就像电子衍射实验那样，同样使用照相底片来成像。

或者就干脆使用荧光屏，让电子信号和屏上的荧光物质产生作用最终成像。

只是无论选择这两种办法里的哪一种，都不是十分便捷和高效，只能算是勉强使用。

陈慕武觉得自己当初未免太想当然了一些，认为既然掌握了原理，又有了大把资金，所以只需要花上一两个月，就能把电子显微镜给研制出来。

但是现在摆在众人面前的种种困难，直接击碎了他大脑里的想法。

陈慕武觉得，想要把这台电子显微镜给制作出来，至少也需要花上一年半载。

虽然这一进展停滞，让陈慕武有些低气压，但是奥本海默却始终保持着精神亢奋的状态。

他甚至还反过来给自己的老师打鸡血：“陈老师，我觉得不应该因为这么一点小小的挫折就感到气馁。

“据我所知，‘发明大王’爱迪生先生在最终发明出灯泡以前，进行了超过一千次的尝试，测试了无数种的材料和设计，最终才使用碳丝，成功制造出了第一颗电灯泡……”

为什么都已经穿越到了一百年之前，却还是能听到这么有毒的心灵鸡汤？

陈慕武有些哭笑不得，奥本海默这个人就不应该待在实验室里，而是应该送给企鹅出版社，让他去给那本杂志专门撰写各种心灵鸡汤，滋润一下现在这个年代里人们冷漠而干枯的心。

不过，奥本海默在实验室里的表现，算是让陈慕武有些惊讶，虽然他并不像两位中囯同胞那么任劳任怨，但也有着很强大的执行力，而且没在实验室里搞破坏，弄出什么幺蛾子来。

可能当初布莱克特确实没读过奥本海默的使用说明书，把他发配去做大量简单重复的劳动而不是有创造力的实验，这才导致了他的心怀不满。

爱因斯坦的来信，是卡皮察从三一学院给陈慕武捎到卡文迪许实验室里来的。

“陈，又有你的信！”

“多谢了彼得，你今天怎么这么勤快？”

在陈慕武的记忆里，这应该是卡皮察给他带来的第一封信，在此之前都是布莱克特的工作。

“其实我也不想给你带，毕竟伱每次都收到那么多的来信。只是我刚好看到了这封信的寄件人是爱因斯坦博士，怕耽误了你的事情，所以才给你带了过来。你快看看，这封信里写了什么？”

这封信的到来，尤其是卡皮察提到了爱因斯坦的名号，总算是暂时提振了一下实验室里有些低落的士气。

不论是中囯来的赵忠尧和施汝为，还是从美国来的奥本海默，人人都知道爱因斯坦的大名，但却没人知道陈慕武和爱因斯坦之间的关系。

奥本海默虽然在一旁研究的真空泵，但他的余光，总会时不时的就瞥向陈慕武，十分好奇那一位全世界最知名的科学家，究竟会在信里给自己的老师写些什么。

“亲爱的陈：

“很久都没有给你写信，也没收到你的消息了。

“首先祝贺你在刚刚过去的巴黎奥运会上，取得了四块金牌的好成绩。

“现在我有些庆幸，当初在上海遇到了你，为物理学界发现了你这样一个人才。

“我想，如果当时我们没有在那场讲座上见面，可能物理学界就要失去一个天才，而你的国家会多了一个专门的游泳选手。”

读到这里，陈慕武觉得爱因斯坦有些自作多情。

虽然他的心中仍然十分尊敬并感激爱因斯坦，但如果说没有爱因斯坦就没有陈慕武的今天，他并不是很认可这件事。

即使没有爱因斯坦的访华讲学，但陈慕武仍然有其他途径，能参与到二十世纪二十年代的物理学变革当中来。

他完全可以北上清华学校，去考取一九二三年度的庚子留美赔款，然后和谢婉莹、梁实秋、吴文藻还有孙立人等人一起，在仩海登上约克孙号蒸汽轮船，驶往太平洋对岸的美国留学。

如果不愿意去那个充满歧视的自由国度，只凭借陈家的财产，让陈慕武去德国留学也是不成问题。

只要他的手里紧紧攥着大洋或美金，不到万不得已

的时候不兑换德国马克，那么他就能在德国舒舒服服地度过一个美好的1923年。

陈慕武不想在爱因斯坦这番恭维话上浪费太多时间，所以他继续读起了手里的这封信。

“我已经读过了你在这个夏天发表于《物理学年鉴》和英国《自然》期刊上的几篇有关微观世界运动规律的论文，说实话，你的这几篇论文令我很困惑。

“你在《关于量子力学》的这篇论文中指出，你在电子轨道这个问题上，和我提出相对论时，用到了同样的马赫哲学原理。

“但我想说的是，这两者之间，仍然有一些不同。我利用可观测性原理，否定的都是一些为了解释现实现象，而人为添加的概念，比如说以太、绝对时间、绝对空间和同时性。

“但是你在论文当中，提到因为不能观测，所以认为电子轨道不存在这个有些激进的观点，我实在是难以认同。

“马赫那种怀疑一切的哲学观点，不可能创造出什么有生命的东西，也许只能消灭有害的虫豸。

“就连他自己提出来‘因为原子不能观测到，所以原子并不存在’的观点，也已经被近年来汤姆孙爵士和卢瑟夫爵士的实验们所证实，这根本就是一种谬误。

“我必须劝告你的一点是，无论我们是否可以观察到，都存在着一种客观实在。对一个不依赖于人的观察的外间世界的信念，是一切科学的基础。

“至于为了解释波函数到底是什么，你提出来的概率波的这个解释，我认为这更是一种无稽之谈。

“物理学的最终目标就是发现严格确定的因果定律，电子不可能像你表述里的那样，既存在于这里又存在于那里，在同一时刻分布于整个空间之中。”

爱因斯坦能在信里写出这种话来，完全就是陈慕武预料之中的事情。

他的哲学观点，让他不再像年轻时那样激进，逐渐从一个物理学g命者，转换成了一位辩护者。

“坦白的说，我并不是一个坚定的无神论者，虽然我不相信一个会管理人间万事万物的人格化的上帝，但我始终认为，支配着宇宙的有待发现的优雅的定律，反映了一种神圣的设计。

“当我拿不准一个理论是否正确时，我就经常问我自己，如果我是上帝的话，我是否会以这种方式去设计世界？

“我想，善良的上帝应该不会创造出美妙而微妙的规则，来确定宇宙中发生的大部分事情，而把少许事情完全留给偶然性和概率。

“如果他真是这么做的话，我想我们就完全不必再费力寻找所谓的定律了。

“你提出来的量子力学固然令人赞叹，但我的大脑里始终有一种声音告诉我，那并不是真实的东西。你在理论里说了许多，但是一丁点儿也没有使我们更靠近‘老头子’的秘密。

“无论如何，我确信天堂里没有麻将，祂也不是在掷骰子。

“阿尔伯特·爱因斯坦于柏林”

千盼万盼，陈慕武终于在信的末尾找到了这句话。

原本会出现在给玻恩写的信中的名言，现在被他截胡到了自己手里。

陈慕武在心里打算，一定要好好收藏这封信，等以后把它捐到博物馆里，或者放到以他自己名字命名的博物馆里。

想要在量子力学上彻底说服爱因斯坦，是许多物理学家历经几十年时间，都没有完成的一件事情。

如果你试图以各种例子来说服他，那么得到的永远不会是认同，而是来自爱因斯坦的更激烈的反击。

所以陈慕武并不打算做这种无用功，去撞这栋名为爱因斯坦的南墙。

既然这个德国老头如此反对概率和偶然，那么不妨就让他的反对声音变得更大一些。

此刻正在实验室里研制的电子显微镜给他带来的灵感，所以陈慕武把打字纸装入打字机当中，噼里啪啦地给爱因斯坦敲起了回信。

“爱因斯坦先生，您好！

“您前几日的来信已收到，多谢您的祝贺，也同时谢谢您对我在物理学上取得的进展的关心。

“下面我将向您介绍我目前正在从事的工作……”

反正纸和墨带画的都不是自己的钱，所以陈慕武肆无忌惮地敲下了一大段废话，从他证明电子是一种波开始讲起，然后讲到了自己打算利用电子波比可见光波的波长更短这个特点，来制造出一款分辨率更高的显微镜来。

说完了电子显微镜，这封信才最终进入到了正题。

“博士，我之所以选用电子，而不是波长更短的电磁波，也就是我们所说的伽马射线来研制分辨率更高的显微镜，是因为目前的光学元件的材质远远达不到要求，会使伽马射线在折射过程中，产生很强烈的散射现象，最终不能聚焦，从而无法达到显微的要求。

“但假如有一天，我们人类真的能制造出高分辨率的伽马射线显微镜之后，或许那时候，我们就能观测到很多在可见光显微镜下观测不了的东西，比如说，一个电子的位置。

“伽马射线的波长越短，测量到的电子位置也就越精确。

“但是，此时就将面临着更为严峻的一个问题，伽马射线的波长和能量成反比，波长越短，能量也就越高，高能的伽马射线，必然会和电子发生名为‘陈散射’的碰撞，这就会导致电子就会突然接受到很大的动量，

“这也就是说，不能在精确确定电子位置的同时，得到一个电子的准确速度，此时电子的轨道仍然无法确定。”

“相反，如果想要尽量避免电子受到大的动量扰动，则就要使用能量尽可能低的光子去探测电子，但这样一来，又没办法精确测量电子的位置，同样不能确定电子的轨道。

“当然，人类能否制造出伽马射线的显微镜，还是一个未知数，上述说所的这个实验，也只不过是一个存在于大脑中的思维实验。

“但我想，这并不妨碍我们对这个实验，进行一个定性半定量的误差估计。

“根据能得到显微镜分辨本领的阿贝公式，假设入射光的波长为λ，电子对透镜系统半径的张角为θ，那么

在电子位置上的观察误差为x~λ/sinθ。

“再根据陈散射当中的动量守恒定律，并假定在散射完成之后，光子的动量p=h/λ大小不变仅改变方向，那么光子给电子带来的动量误差Δp~h/λsinθ。

“把位置误差和动量误差两者相乘，就可以得到ΔxΔp~h。

“这也就是说，不可能在精确测量电子位置的同时，也精确测量到电子的动量。我姑且把这种测不准的关系，命名为不确定性原理。

“如果把电子换成其他的一种微观粒子，我想这个不确定性原理依然会存在。

“时间有限，我只能在这封信里，以这样一个思想实验，向您简单介绍一下我的想法。

“另外还要说明的一点就是，身为一个中囯人，我并不是上帝的信徒。

“但是，在这里，我却想告诉您另外一句话，在两千多年前，中囯有一位大哲学家名叫孔夫子，他曾说过一句‘君子有三畏’，其中排在第一位的就是畏天命。

“无论是上帝也好，天命也罢，我想我们都不应该以一介凡人之躯，去告诉上帝，他究竟应该怎么做。”

“而关于这个不确定性原理的严格推导过程，我将把它整理成论文，并在日后发表于《物理学年鉴》或者《自然》期刊上，敬请您留意。

“至于这个原理究竟对还是不对，就请您多多指教。

“最后祝您工作顺利，身体健康，笑口常开。

“您的学生，陈慕武。”

陈慕武的这封信写得有多谦卑，他在信里提到的内容就有多劲爆。

不确定性原理，就在这封回信当中，第一次出现在了这个世界上。

当初那个哥廷根大学负责博士毕业实验考试的维恩教授，曾经因为海森堡回答不出光学系统的分辨率该如何计算，差点没能让这个自负的德国人获得博士学位。

但海森堡也因此因祸得福，他牢牢记住了分辨率该如何计算，并在某一天灵感迸发，从这个公式里，推导出了不确定性原理。

既然抛出了这个大杀器，陈慕武就不得不抓紧时间写一篇论文，在理论上来验证这个原理的正确性。

这是因为他在给爱因斯坦回信中抛出来的海森堡的这个思想实验，在信里唬唬人当然没什么问题，但只要仔细一思考，就能知道它其实并不严谨，仍然面临着许多困难。

首先就是在思想实验中，假定了电子在测量之前，拥有着确定的位置和动量，这本身就违反了不确定性原理，而且也没办法用实验来进行验证。

其次就是在这个实验中运用到的误差x计算方法，其实是一种统计平均的结果。

而这种统计平均，至少在此处是并不适用的。

虽然陈慕武有超前的知识储备，但被誉为拥有人类历史上最聪明大脑的爱因斯坦，当然也不是吃素的。

如果在信里给他留下这种把柄，而不去最终解决的话，那么这些漏洞就会成为爱因斯坦在反击时强有力的武器。

所以才刚在打字机的键盘上，敲下此封信上的最后一个标点符号，陈慕武就开始思考，该如何才能写好这篇论文。

他把最后一张打印纸从打字机上取下来，从头到尾把这封信通读一遍，确认里面没有拼写、语法和内容逻辑错误之后，才从办公桌里摸出来一枚信封，把信纸折叠好装了进去。

封好信封，陈慕武又在上面贴了两枚一便士和一枚半便士的邮票，打算等下班之后找个邮筒，把这封信投寄出去。

他一抬头，发现卡皮察仍然坐在自己实验室里的沙发上，丝毫没有离开的意思。

“你还有什么事情吗，彼得？”

“其实也没什么大事，只不过我还是第一次看到你一直说的中囯同胞，就想让你给我介绍一下，顺便和他们打个招呼。”

这当然没问题，陈慕武立刻向三人互相介绍了彼此。

但在介绍时，他又发现了问题不太对，自己那封回信写了最少半个小时，他卡皮察就一直待在这里，显然不是想要介绍认识这么简单。

“彼得，你还有什么事，都直接说出来吧！”

被戳破心思的卡皮察没有丝毫害羞：“我还想请教一下赵先生和施先生，两位会不会做中囯菜？自从乔治离开剑桥大学之后，我已经很久没有吃到东方的味道了。”

“去去去！他们千里迢迢来到英国，可不是来给你做菜的！你要是真想吃，找个机会我带你去伦敦。”

陈慕武连说带笑地把卡皮察给赶了出去，就知道他没安什么好心。

叶公超做做饭也就算了，但是这两位，可绝不能给你做饭吃！

而看到自己老师不但读完了爱因斯坦的这封信，甚至都已经给他写好了回信，奥本海默这才忍不住凑了过来。

半个多月时间的相处下来，奥本海默已经得知自己的这位老师，其实并不像第一次见面时那样严肃，而是很儒雅随和的一个人。

所以他现在才能大胆地开口问道：“陈老师，您和爱因斯坦教授也很熟悉吗？

“因为对爱因斯坦教授很好奇，所以我刚刚一直在悄悄观察您，发现您的表情时而轻松，时而又眉头紧锁，不知道发生了什么事情？”

实验室另一侧的赵忠尧和施汝为也悄悄竖起了耳朵。

“发生了什么事情？当然是他没读懂我最近写的几篇论文，所以才写信向我请教一些问题。

“我虽然在回信里已经给出了答案，但估计固执的他多半也不会认同我的观点。

“罗伯特，相比之下，还是你这个学生更让我省心一些。”

陈慕武靠着这种开玩笑的方式，说出来了一句实话。

奥本海默表面上带着笑，但他心里想的却是，自己这个老师确实儒雅随和不假，但唯一的缺点就是有的时候会吹牛吹过了头！

不过他刚才居然夸我比爱因斯坦还优秀，看来自己真的没有跟错导师，一定要在他的手下好好干下去。

(本章完)