103伽馬射線顯微鏡

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收到愛因斯坦來信的時候，陳慕武正在實驗室裡和他的三個學生一起動手，仿製著那臺從美國通用電器購買來的真空泵。

盧瑟福過完生日之後，在前一段時間密集提出了不少物理理論的陳慕武，終於把他的工作重心從理論放回到了實驗上，著手開始研製電子顯微鏡。

雖然有專利證書在手，但是專利上只是寫著寥寥的幾句原理，實際動手操作之後，陳慕武才終於知道，在實驗室裡搞這麼一臺大傢伙出來，是多麼困難的一件事情。

電子源和電子透鏡都是小事，關鍵是想要製作出一臺放大倍數遠高於光學顯微鏡的電子顯微鏡，對真空環境的要求也非常高。

和長度不足五十厘米的玻璃管，就能夠完成一次電子衍射實驗不同。

電子顯微鏡內的真空腔長度，最少也要在兩米以上。

如果只憑藉著之前那臺通用電氣的真空泵來抽取真空，那麼效率實在是太低。

所以，製作電子顯微鏡的第一步，就是要試試看能不能把真空度提升的速度，再稍微加快一些。

雖然他之前一直牴觸讓奧本海默接觸具體的實驗，但又因為人手實在是不足，所以才死馬當活馬醫，讓奧本海默、趙忠堯和施汝為三個人都來實驗室裡幫忙。

趙忠堯和施汝為最終還是無驚無險地透過了入學考試，進入到劍橋大學三一學院，和陳慕武成為了校友。

之前他和使徒社裡的瑪格達連學院院長的公子拉姆塞搭上的關係，終究還是沒用上。

如何降低電子顯微鏡真空腔內的真空度是一個問題，而如何讓電子波在幾次放大之後最終成像，又是另外一個問題。

上輩子陳慕武在實驗室裡用的電子顯微鏡，那都是透過CCD感光元件連線到電腦之後成的像，但顯然現在這個年代裡，想要搞出這兩種東西來，很不現實。

所以陳慕武想的是，要麼就像電子衍射實驗那樣，同樣使用照相底片來成像。

或者就乾脆使用熒光屏，讓電子訊號和屏上的熒光物質產生作用最終成像。

只是無論選擇這兩種辦法裡的哪一種，都不是十分便捷和高效，只能算是勉強使用。

陳慕武覺得自己當初未免太想當然了一些，認為既然掌握了原理，又有了大把資金，所以只需要花上一兩個月，就能把電子顯微鏡給研製出來。

但是現在擺在眾人面前的種種困難，直接擊碎了他大腦裡的想法。

陳慕武覺得，想要把這臺電子顯微鏡給製作出來，至少也需要花上一年半載。

雖然這一進展停滯，讓陳慕武有些低氣壓，但是奧本海默卻始終保持著精神亢奮的狀態。

他甚至還反過來給自己的老師打雞血：“陳老師，我覺得不應該因為這麼一點小小的挫折就感到氣餒。

“據我所知，‘發明大王’愛迪生先生在最終發明出燈泡以前，進行了超過一千次的嘗試，測試了無數種的材料和設計，最終才使用碳絲，成功製造出了第一顆電燈泡……”

為什麼都已經穿越到了一百年之前，卻還是能聽到這麼有毒的心靈雞湯？

陳慕武有些哭笑不得，奧本海默這個人就不應該待在實驗室裡，而是應該送給企鵝出版社，讓他去給那本雜誌專門撰寫各種心靈雞湯，滋潤一下現在這個年代裡人們冷漠而乾枯的心。

不過，奧本海默在實驗室裡的表現，算是讓陳慕武有些驚訝，雖然他並不像兩位中囯同胞那麼任勞任怨，但也有著很強大的執行力，而且沒在實驗室裡搞破壞，弄出什麼么蛾子來。

可能當初布萊克特確實沒讀過奧本海默的使用說明書，把他發配去做大量簡單重複的勞動而不是有創造力的實驗，這才導致了他的心懷不滿。

愛因斯坦的來信，是卡皮察從三一學院給陳慕武捎到卡文迪許實驗室裡來的。

“陳，又有你的信！”

“多謝了彼得，你今天怎麼這麼勤快？”

在陳慕武的記憶裡，這應該是卡皮察給他帶來的第一封信，在此之前都是布萊克特的工作。

“其實我也不想給你帶，畢竟伱每次都收到那麼多的來信。只是我剛好看到了這封信的寄件人是愛因斯坦博士，怕耽誤了你的事情，所以才給你帶了過來。你快看看，這封信裡寫了什麼？”

這封信的到來，尤其是卡皮察提到了愛因斯坦的名號，總算是暫時提振了一下實驗室裡有些低落計程車氣。

不論是中囯來的趙忠堯和施汝為，還是從美國來的奧本海默，人人都知道愛因斯坦的大名，但卻沒人知道陳慕武和愛因斯坦之間的關係。

奧本海默雖然在一旁研究的真空泵，但他的餘光，總會時不時的就瞥向陳慕武，十分好奇那一位全世界最知名的科學家，究竟會在信裡給自己的老師寫些什麼。

“親愛的陳：

“很久都沒有給你寫信，也沒收到你的訊息了。

“首先祝賀你在剛剛過去的巴黎奧運會上，取得了四塊金牌的好成績。

“現在我有些慶幸，當初在上海遇到了你，為物理學界發現了你這樣一個人才。

“我想，如果當時我們沒有在那場講座上見面，可能物理學界就要失去一個天才，而你的國家會多了一個專門的游泳選手。”

讀到這裡，陳慕武覺得愛因斯坦有些自作多情。

雖然他的心中仍然十分尊敬並感激愛因斯坦，但如果說沒有愛因斯坦就沒有陳慕武的今天，他並不是很認可這件事。

即使沒有愛因斯坦的訪華講學，但陳慕武仍然有其他途徑，能參與到二十世紀二十年代的物理學變革當中來。

他完全可以北上清華學校，去考取一九二三年度的庚子留美賠款，然後和謝婉瑩、梁實秋、吳文藻還有孫立人等人一起，在仩海登上約克孫號蒸汽輪船，駛往太平洋對岸的美國留學。

如果不願意去那個充滿歧視的自由國度，只憑借陳家的財產，讓陳慕武去德國留學也是不成問題。

只要他的手裡緊緊攥著大洋或美金，不到萬不得已的時候不兌換德國馬克，那麼他就能在德國舒舒服服地度過一個美好的1923年。

陳慕武不想在愛因斯坦這番恭維話上浪費太多時間，所以他繼續讀起了手裡的這封信。

“我已經讀過了你在這個夏天發表於《物理學年鑑》和英國《自然》期刊上的幾篇有關微觀世界運動規律的論文，說實話，你的這幾篇論文令我很困惑。

“你在《關於量子力學》的這篇論文中指出，你在電子軌道這個問題上，和我提出相對論時，用到了同樣的馬赫哲學原理。

“但我想說的是，這兩者之間，仍然有一些不同。我利用可觀測性原理，否定的都是一些為了解釋現實現象，而人為新增的概念，比如說以太、絕對時間、絕對空間和同時性。

“但是你在論文當中，提到因為不能觀測，所以認為電子軌道不存在這個有些激進的觀點，我實在是難以認同。

“馬赫那種懷疑一切的哲學觀點，不可能創造出什麼有生命的東西，也許只能消滅有害的蟲豸。

“就連他自己提出來‘因為原子不能觀測到，所以原子並不存在’的觀點，也已經被近年來湯姆孫爵士和盧瑟夫爵士的實驗們所證實，這根本就是一種謬誤。

“我必須勸告你的一點是，無論我們是否可以觀察到，都存在著一種客觀實在。對一個不依賴於人的觀察的外間世界的信念，是一切科學的基礎。

“至於為了解釋波函式到底是什麼，你提出來的機率波的這個解釋，我認為這更是一種無稽之談。

“物理學的最終目標就是發現嚴格確定的因果定律，電子不可能像你表述裡的那樣，既存在於這裡又存在於那裡，在同一時刻分佈於整個空間之中。”

愛因斯坦能在信裡寫出這種話來，完全就是陳慕武預料之中的事情。

他的哲學觀點，讓他不再像年輕時那樣激進，逐漸從一個物理學g命者，轉換成了一位辯護者。

“坦白的說，我並不是一個堅定的無神論者，雖然我不相信一個會管理人間萬事萬物的人格化的上帝，但我始終認為，支配著宇宙的有待發現的優雅的定律，反映了一種神聖的設計。

“當我拿不準一個理論是否正確時，我就經常問我自己，如果我是上帝的話，我是否會以這種方式去設計世界？

“我想，善良的上帝應該不會創造出美妙而微妙的規則，來確定宇宙中發生的大部分事情，而把少許事情完全留給偶然性和機率。

“如果他真是這麼做的話，我想我們就完全不必再費力尋找所謂的定律了。

“你提出來的量子力學固然令人讚歎，但我的大腦裡始終有一種聲音告訴我，那並不是真實的東西。你在理論裡說了許多，但是一丁點兒也沒有使我們更靠近‘老頭子’的秘密。

“無論如何，我確信天堂裡沒有麻將，祂也不是在擲骰子。

“阿爾伯特·愛因斯坦於柏林”

千盼萬盼，陳慕武終於在信的末尾找到了這句話。

原本會出現在給玻恩寫的信中的名言，現在被他截胡到了自己手裡。

陳慕武在心裡打算，一定要好好收藏這封信，等以後把它捐到博物館裡，或者放到以他自己名字命名的博物館裡。

想要在量子力學上徹底說服愛因斯坦，是許多物理學家歷經幾十年時間，都沒有完成的一件事情。

如果你試圖以各種例子來說服他，那麼得到的永遠不會是認同，而是來自愛因斯坦的更激烈的反擊。

所以陳慕武並不打算做這種無用功，去撞這棟名為愛因斯坦的南牆。

既然這個德國老頭如此反對機率和偶然，那麼不妨就讓他的反對聲音變得更大一些。

此刻正在實驗室裡研製的電子顯微鏡給他帶來的靈感，所以陳慕武把打字紙裝入打字機當中，噼裡啪啦地給愛因斯坦敲起了回信。

“愛因斯坦先生，您好！

“您前幾日的來信已收到，多謝您的祝賀，也同時謝謝您對我在物理學上取得的進展的關心。

“下面我將向您介紹我目前正在從事的工作……”

反正紙和墨帶畫的都不是自己的錢，所以陳慕武肆無忌憚地敲下了一大段廢話，從他證明電子是一種波開始講起，然後講到了自己打算利用電子波比可見光波的波長更短這個特點，來製造出一款解析度更高的顯微鏡來。

說完了電子顯微鏡，這封信才最終進入到了正題。

“博士，我之所以選用電子，而不是波長更短的電磁波，也就是我們所說的伽馬射線來研製解析度更高的顯微鏡，是因為目前的光學元件的材質遠遠達不到要求，會使伽馬射線在折射過程中，產生很強烈的散射現象，最終不能聚焦，從而無法達到顯微的要求。

“但假如有一天，我們人類真的能製造出高解析度的伽馬射線顯微鏡之後，或許那時候，我們就能觀測到很多在可見光顯微鏡下觀測不了的東西，比如說，一個電子的位置。

“伽馬射線的波長越短，測量到的電子位置也就越精確。

“但是，此時就將面臨著更為嚴峻的一個問題，伽馬射線的波長和能量成反比，波長越短，能量也就越高，高能的伽馬射線，必然會和電子發生名為‘陳散射’的碰撞，這就會導致電子就會突然接受到很大的動量，

“這也就是說，不能在精確確定電子位置的同時，得到一個電子的準確速度，此時電子的軌道仍然無法確定。”

“相反，如果想要儘量避免電子受到大的動量擾動，則就要使用能量儘可能低的光子去探測電子，但這樣一來，又沒辦法精確測量電子的位置，同樣不能確定電子的軌道。

“當然，人類能否製造出伽馬射線的顯微鏡，還是一個未知數，上述說所的這個實驗，也只不過是一個存在於大腦中的思維實驗。

“但我想，這並不妨礙我們對這個實驗，進行一個定性半定量的誤差估計。

“根據能得到顯微鏡分辨本領的阿貝公式，假設入射光的波長為λ，電子對透鏡系統半徑的張角為θ，那麼在電子位置上的觀察誤差為x~λ/sinθ。

“再根據陳散射當中的動量守恆定律，並假定在散射完成之後，光子的動量p=h/λ大小不變僅改變方向，那麼光子給電子帶來的動量誤差Δp~h/λsinθ。

“把位置誤差和動量誤差兩者相乘，就可以得到ΔxΔp~h。

“這也就是說，不可能在精確測量電子位置的同時，也精確測量到電子的動量。我姑且把這種測不準的關係，命名為不確定性原理。

“如果把電子換成其他的一種微觀粒子，我想這個不確定性原理依然會存在。

“時間有限，我只能在這封信裡，以這樣一個思想實驗，向您簡單介紹一下我的想法。

“另外還要說明的一點就是，身為一箇中囯人，我並不是上帝的信徒。

“但是，在這裡，我卻想告訴您另外一句話，在兩千多年前，中囯有一位大哲學家名叫孔夫子，他曾說過一句‘君子有三畏’，其中排在第一位的就是畏天命。

“無論是上帝也好，天命也罷，我想我們都不應該以一介凡人之軀，去告訴上帝，他究竟應該怎麼做。”

“而關於這個不確定性原理的嚴格推導過程，我將把它整理成論文，並在日後發表於《物理學年鑑》或者《自然》期刊上，敬請您留意。

“至於這個原理究竟對還是不對，就請您多多指教。

“最後祝您工作順利，身體健康，笑口常開。

“您的學生，陳慕武。”

陳慕武的這封信寫得有多謙卑，他在信裡提到的內容就有多勁爆。

不確定性原理，就在這封回信當中，第一次出現在了這個世界上。

當初那個哥廷根大學負責博士畢業實驗考試的維恩教授，曾經因為海森堡回答不出光學系統的解析度該如何計算，差點沒能讓這個自負的德國人獲得博士學位。

但海森堡也因此因禍得福，他牢牢記住了解析度該如何計算，並在某一天靈感迸發，從這個公式裡，推匯出了不確定性原理。

既然丟擲了這個大殺器，陳慕武就不得不抓緊時間寫一篇論文，在理論上來驗證這個原理的正確性。

這是因為他在給愛因斯坦回信中丟擲來的海森堡的這個思想實驗，在信裡唬唬人當然沒什麼問題，但只要仔細一思考，就能知道它其實並不嚴謹，仍然面臨著許多困難。

首先就是在思想實驗中，假定了電子在測量之前，擁有著確定的位置和動量，這本身就違反了不確定性原理，而且也沒辦法用實驗來進行驗證。

其次就是在這個實驗中運用到的誤差x計算方法，其實是一種統計平均的結果。

而這種統計平均，至少在此處是並不適用的。

雖然陳慕武有超前的知識儲備，但被譽為擁有人類歷史上最聰明大腦的愛因斯坦，當然也不是吃素的。

如果在信裡給他留下這種把柄，而不去最終解決的話，那麼這些漏洞就會成為愛因斯坦在反擊時強有力的武器。

所以才剛在打字機的鍵盤上，敲下此封信上的最後一個標點符號，陳慕武就開始思考，該如何才能寫好這篇論文。

他把最後一張列印紙從打字機上取下來，從頭到尾把這封信通讀一遍，確認裡面沒有拼寫、語法和內容邏輯錯誤之後，才從辦公桌裡摸出來一枚信封，把信紙摺疊好裝了進去。

封好信封，陳慕武又在上面貼了兩枚一便士和一枚半便士的郵票，打算等下班之後找個郵筒，把這封信投寄出去。

他一抬頭，發現卡皮察仍然坐在自己實驗室裡的沙發上，絲毫沒有離開的意思。

“你還有什麼事情嗎，彼得？”

“其實也沒什麼大事，只不過我還是第一次看到你一直說的中囯同胞，就想讓你給我介紹一下，順便和他們打個招呼。”

這當然沒問題，陳慕武立刻向三人互相介紹了彼此。

但在介紹時，他又發現了問題不太對，自己那封回信寫了最少半個小時，他卡皮察就一直待在這裡，顯然不是想要介紹認識這麼簡單。

“彼得，你還有什麼事，都直接說出來吧！”

被戳破心思的卡皮察沒有絲毫害羞：“我還想請教一下趙先生和施先生，兩位會不會做中囯菜？自從喬治離開劍橋大學之後，我已經很久沒有吃到東方的味道了。”

“去去去！他們千里迢迢來到英國，可不是來給你做菜的！你要是真想吃，找個機會我帶你去倫敦。”

陳慕武連說帶笑地把卡皮察給趕了出去，就知道他沒安什麼好心。

葉公超做做飯也就算了，但是這兩位，可絕不能給你做飯吃！

而看到自己老師不但讀完了愛因斯坦的這封信，甚至都已經給他寫好了回信，奧本海默這才忍不住湊了過來。

半個多月時間的相處下來，奧本海默已經得知自己的這位老師，其實並不像第一次見面時那樣嚴肅，而是很儒雅隨和的一個人。

所以他現在才能大膽地開口問道：“陳老師，您和愛因斯坦教授也很熟悉嗎？

“因為對愛因斯坦教授很好奇，所以我剛剛一直在悄悄觀察您，發現您的表情時而輕鬆，時而又眉頭緊鎖，不知道發生了什麼事情？”

實驗室另一側的趙忠堯和施汝為也悄悄豎起了耳朵。

“發生了什麼事情？當然是他沒讀懂我最近寫的幾篇論文，所以才寫信向我請教一些問題。

“我雖然在回信裡已經給出了答案，但估計固執的他多半也不會認同我的觀點。

“羅伯特，相比之下，還是你這個學生更讓我省心一些。”

陳慕武靠著這種開玩笑的方式，說出來了一句實話。

奧本海默表面上帶著笑，但他心裡想的卻是，自己這個老師確實儒雅隨和不假，但唯一的缺點就是有的時候會吹牛吹過了頭！

不過他剛才居然誇我比愛因斯坦還優秀，看來自己真的沒有跟錯導師，一定要在他的手下好好幹下去。

(本章完)