《命运骰子——量子力学简史》（第一章）

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标 题: 《命运骰子——量子力学简史》（第一章）
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《命运骰子——量子力学简史》（第一章）
张轩中
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第一章 1814年，弗朗禾费（Fraunhofer）

（1）

太阳永远照射大地，1799年的天空碧蓝，法国的拿破仑正在准备一场匡日持久的战争，其目的是称霸欧洲。 德国的一个12岁的少年刚刚失去双亲，他的苦难人生已经开始。

这 个少年名叫弗朗禾费。如果没有意外，他将继承父亲的职业，成为一个磨镜片的工匠。在这个同时代，德国有一个著名的大数学家，他叫高斯。不过这个时候高斯还 很年轻，他比弗朗禾费大10岁，现在已经是22岁的青年了。这一年，高斯完成了博士论文，证明了代数基本定理——这个定理说，n次多项式方程总有n个根。 换句话说,一个n乘n的矩阵,它的特征多项式是一个n次方程,这个方程有n个根。

弗朗禾费在渐渐成长，他很努力，18年后他30岁，成为一个光学仪器公司的经理。

“上 天给了我多少时间？”弗朗禾费心想，“牛顿用棱镜做成了分光计，我要不要用光栅来做一个分光计？”4年前，也就是1814年，26岁的弗朗禾费已经发现了 一件很重要的事情，那就是太阳光的光线被色散以后，留下几条很黑很黑的暗线，他试图解释这些暗线的来历，但是一筹莫展。

用同时代的法国的傅里叶的话来讲，弗朗禾费实际上是发现了连续频谱之中缺失的几根小线条。可惜当然他们两个人，命运各自流转，天各一方。

（2）
太阳光里的暗线来源似乎是一个不小的难题，难住了很多人。但上天并没有给弗朗禾费更多的时间，作为光学家的弗朗禾费在有生之年还匆匆地干了不少事情，除了制造光栅，测量光的波长，他留下了平行光线通过一个狭缝以后留下的衍射花纹。

光线通过狭逢的时候，有的时候会出现小孔成象。可是，如果这个狭缝很小，那么可能留下衍射花纹，就是太阳光照到肥皂泡之上的那种五颜六色的花纹。 这自然是说明了光具有波动性，不过对弗朗禾费来说，用仪器实现在光学中的傅里叶变换是一件快乐的事情。


39岁那年，终生未婚的弗朗禾费离开了这个色彩斑斓的世界。

他再也看不到这个世界的阳光。

当 他离开，高斯也深感悲痛。 日本有一个作家村上春树曾经这样哀惋地写道“死作为生的一部分永存”。对于后来者来说，弗朗禾费是矗立在一条道路旁的神道碑，这条道路没有尽头，弗朗禾费 也不是唯一的神道碑，但没有他这条道路就上的天空就暗无天日。他留给人们的光栅，也留给人们进入微观世界的希望。他留给人们暗线，也留给人们迷惘。

（3）
问题留给了另外一个德国人，1860年的基尔霍夫。他把食盐放在火上燃烧，然后让连续光源去照射火焰。发现透过火焰之后，光谱之中也出现了暗线，而这个暗线的位置可以确定，正是钠元素燃烧以后在光谱中出现的位置。

基 尔霍夫于是可以非常肯定，太阳光的暗线，一定也是由特定元素的吸收引起的。但这关于原子吸收的篇章仅仅是故事的开端，因为基尔霍夫还明白了另外一件事情， 那就是，任何物体的发射本领和吸收本领的比值与物体特性无关，是波长和温度的普适函数。这为后来的黑体辐射的研究提供了最初的理论框架。

当然基尔霍夫还对电路也深有感触，他的电流电压定律使得复杂的线性电路全部可以写成矩阵。 对基尔霍夫来说，电路就象河流一样简单，RLC电路的经典模型显得稀松平常。当然后来发生的事情远比基尔霍夫当年想得要复杂，量子的RLC电路模型也许意味深长。

无论怎么样，基尔霍夫也是这条道路旁的另外一块神道碑。19世纪的落日之下，这尊神道碑在沙沙的秋风中静默着。