海森堡變奏曲1

海森堡變奏曲＿隱形熊

變奏一 海德堡

一九四五年五月四日，亥新恩（Hechingen）。海森堡正在拜訪母親。納粹部隊早在四月退出這個區域，但是還是有一些游擊部隊零散的開槍，海森堡夫人其實怕的是碰到納粹游擊隊，因為他們會亂開槍殺平民。加上兒子沃夫剛（Wolfgang）剛患盲腸炎，好在不用開刀。這時聽到門口一陣響，門口來了幾個士兵。



『當我看到這些重武裝的士兵，真是嚇死了，因為有些納粹士兵還在附近徘徊。』海森堡夫人依莉沙白。海森堡說道。『但當我知道，來的是美國軍隊時，就放心多了。我過去開門，帕許上校（PASH）馬上進來並問我丈夫在哪，我說他在他母親那。他問道，你可以打電話給他嗎？我說可以。他命令我打電話叫他回家，但不能說發生什麼事。我丈夫馬上知道發生什麼事也趕了回來。』

海森堡搬到亥新恩是有他的任務的，在納粹政府的指派之下，一九四二年底，海森堡和一群年輕天分極高的物理學家，從柏林搬到亥新恩，準備在附近位於海格洛赫（HAIGERLOCH）的城堡地下建造核反應爐。在一九四五年二月，早就定好的鈾和重水從柏林到達，所有的物理學家聚集在地下實驗室，要見證這個核分裂的關鍵實驗。但他們不知道的是，早在兩年前，義大利物理學家費米已經在美芝加哥完成這個實驗。當他們聚精會神的看著反應爐裡中子數從十增加到六十七，但數量還是不夠，這個實驗失敗了。

對物理學家海森堡而言，這實驗不算是失敗，因為至少驗證他的理論是正確的，而且他早就預測，如果要造一個反應爐，所費不貲，何況是一棵原子彈，他說，『我們應該要在增大反應爐，最後一個實驗，只有少數的核分裂發生，並不到臨界值，所以並不能造成適當的核燃燒。』

可以慶幸的是，此時戰爭已經快結束，納粹可以利用原子彈炸掉倫敦的機會已經沒有了。

在伊莉沙白的電話下，海森堡回到亥新恩，帕許上校馬上跟他談，說他們必須帶海森堡到一個安全的地方居留。第二天，海森堡被帶到海德堡。

海德堡，這個以哲學家和科學家著名的大學城，海森堡卻沒有在此工作過，可是，命運之神一直將他和這個城市有者極深的聯繫。海森堡在這裡待了一個星期，後來被帶到法國凡爾賽，最後被送到英國農莊居留。但海德堡的一星期，標示了兩個德國，也標示了兩個不同的海森堡，一個是戰前被人認為幫助納粹研發核子技術的海森堡，一個是堅決反戰的德意志邦聯人道主義科學家。

這個故事要說的清楚，我們必須回到一九三五年的海德堡。

海德堡，一九三五年十二月十三，十四。

德國科學家們聚集在海德堡的物理和放射線研究所，會議的召集人是納粹科學家，同時也是諾貝爾獎的物理學家史大克（STARK）和雷那得（LENARD）。這次的目標很明顯，就是當時才三十四歲的年輕物理學家海森堡。海森堡在兩年前剛因為測不准原理的發現得到諾貝爾物理學獎，加上剛宣布退休的德國物理巨幟松美非爾得（SOMMERFELD）宣布退休，並指定海森堡為他的繼任，引起這些納粹科學家的不滿，決定展開攻擊。

史大克一開時就直言，『愛因斯坦已經從德國消失，但還是有他的朋友，繼續在發揚他的精神。比如說他最主要的支持者普朗課（PLANCK）（量子物理的開創者，一九一八諾貝爾物理獎得主），還繼續執掌威廉大帝研究所（KAISER-Wilhelm Gesellschaft），比如說他的朋友逢勞厄（MAX VON LAUE，一九一四年諾貝爾獎得主），在柏林物理學會佔有一席之地，再加上愛因斯坦靈魂中的靈魂海森堡現在既然要成為松美非爾得的繼承人。』

在希特勒一九三三年執掌政權之後，就馬上開除了七十個猶太裔的科學家，一九三五年有一千一百四十五位被開除。猶太這名詞在當時是罪大惡極，就算是很偉大的科學家像愛因斯坦，也必須離開德國。和海森堡一起在量子物理有極大發展的科學家，絕大部分是猶太裔，比如說帶海森堡寫生等教授論文的波恩（BORN，一九五四年諾貝爾獎得主），還有法朗課（FRANCK，一九二五年諾貝爾獎得主），都選擇離開家鄉，不願在希特勒的領導下做研究，這時，海森堡也面臨選擇。基本上他是站在他的猶太研究者和朋友的立場，也曾經考慮過要離開德國，可是這樣的選擇對他來說太困難。一方面他覺得離開德國，沒辦法找到一群談音樂，演奏音樂的朋友，這種至樂，只有在德國才可能。另一方面對德國的物理研究有責任，他沒辦法放任德國的物理發展成為一片沙漠，原因就在於史大克和雷那得正在風馳雷殛的宣揚所謂『德國物理』和『猶太物理』

他們都是老一輩的德國物理學家，對於現今年輕物理學家，尤其是二十世紀的物理發現相對論和量子物理，有著絕大的不滿，最大的不滿是，這些年輕的物理學家，絕大部分是猶太人，把他們應該獲得的眼光奪走。於是，借著這個機會，他們大力宣揚所謂猶太物理，但到底什麼是猶太物理呢？最明顯的定義，就是指要是看不懂的物理，像相對論和量子力學，就是猶太物理，而那些從十九世紀的古典物理，才是純正的德國物理。

一九三六年，史大克的文章出現於一月二十九號德國的大報標題『德國物理和猶太物理』。海森堡無法再沈默不語，聯合其他七十四名有名的物理學家，聯合上書給納粹政府，『德國的物理現在在一個艱難的時期，我們及缺乏後進，而且也缺乏可以教授物理的講師，甚至現在也很難招到物理系的學生，最可怕的是那些對現代物理的攻擊，他們正恐嚇想學物理的學生，不敢學習現代物理，這些攻擊，最後會損及我們在專業期刊上的發表，尤其是和國外比較起來的話。』

這樣的聯合聲名，並沒有得到納粹當局的首肯，他們並不發表言論。一九三六年，在海森堡結婚後的第二年，這樣的攻擊又更加的劇烈，海森堡被納粹黨羽攻擊為『白猶太』，這個稱呼所謂非種族猶太，但具有猶太思維的人。如此的攻擊越來越加深，連他在一九三二年得諾貝爾獎的榮譽，都因為當時和一九三三年猶太諾貝爾獎得主薛丁格（SCHROEDINGER）和迪拉克（DIRAC）共列，而加深人們對他『猶太思想和精神』的攻擊。再加上批評納粹的記者歐西斯基OSSIETZKY在一九三五年得到諾貝爾和平獎，因此諾貝爾獎也變成擁護猶太的髒名詞。海森堡也因此被稱為『物理界的歐西斯基』。『海森堡只是一個例子，還有很多人默默的在德國精神裡實行猶太思想，這些人就該和猶太人一樣在德國社會消失。』一個報紙這樣寫著。

海森堡無法再不有動作，他其實最擔心的是他的學生，因為這些學生還是要學習現代物理，不能因為這些政治攻擊而放棄現代物理，他必須保護他們。因此在他母親和一個高層官員HIMMLER的媽媽得到聯繫後，他自己也寫了一封信給納粹的頭目，『我必須得到一個決定，如果你們覺得史大克講的有理的話，我必須要請求辭職，但如果不是這樣的話，帝國教育部應該給我陳諾，保護我和我的學生不再受到這樣的媒體攻擊。

但這樣的嚴肅陳情也沒有受到重視。他們指示安撫了一下海森堡，但還是言詞嚴厲的要他注意『作物裡』和『和猶太人交往』的界線所在。

一九三八年，德國物理學家漢恩（OTTO HAHN，一九四四年諾貝爾化學家得主），發現一個改變全世界的現象，核分裂反應。這個發現，也改變海森堡的命運。

一九三九年，德國入侵波蘭。當年九月，納粹當局要求物理學家對於核反應提出報告，並且評估它做為武器的可能。皆下來的一年當中，海森堡被這個的物理課題迷住了。身為一個物理學家，可不可能建造一個核反應盧，在當時是一個絕大的討戰，尤其是技術上。在一連串的研究之後，他們發現，要從自然鈾裡提煉出鈾二三五是一件技術很高的挑戰，因為只有百分之零點七在裡面。但是，如果用釙（PU），那情況就很不同了。『在德國，我們如果說用鈾二三五，不會讓我們緊張，因為這需要很高的技術很很貴的投資，這對德國來說根本不可能，但我們如果提到釙，那可就危險了。』海森堡在戰後的訪談這樣說。

一九四一年，他們更加深了疑慮，『原子反應爐是一定可以做到的，我們只是不確定如何辦到。這個想法讓我和衛斯賽課（WEIZSAECKER）特別感到不安。我們談到，如果原子反應爐在我們這可以成功的話，美國人也一定可以辦到，如果反應爐可行，那原子彈也一定可造。在一九四一年的九月，我們看到一條達到原子彈的途徑。』

海森堡對這樣的想法非常不安，尤其是希特勒如果得到原子彈這個想法讓他無法成眠。這時他需要對話，一個諮商對象。『我們幾位發展原子核能技術的物理學家（我，衛斯賽課，言森（JENSEN）），對於位於丹麥哥本哈根的波爾（BOHR）有著非常深的信任。言森是波爾的好朋友，他認為我應該去和波爾談這件事。我們到底應該從這個計畫中全身而退，還是應該繼續做研究，但把這個技術保留在我們手上，然後看到底應該進行下一步。』

於是海森堡就前往當時已被德國佔領的哥本哈根，向波恩做道德上的詢問。這樣的詢問，卻因為當時政治複雜的情勢，而變成一場羅生門。

參考資料：

HEISENBERG Armin Hermann RORORO
http://werner-heisenberg.unh.edu/ WHO WAS WERNER HEISENBERG.

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原諒我，牛頓

「原諒我，牛頓」，愛因斯坦在自傳上寫著，「作為一個最聰明和富有創造力的人，你已經在你的年代盡了最大的努力。」


愛因斯坦要牛頓原諒他，原因無它，因為他已經發現相對論，取代了牛頓力學在物理的地位。一九零二年，愛因斯坦度過生命中最慘淡的幾年，沒有人要推薦他做物理，只好在瑞士專利局找到一份工作。一九零五年，剛結婚兩年的愛因斯坦發表了三篇重要的論文，其中一篇就是狹義相對論。相對論，改變了人類數百年，甚至數千年來，對於無限在物理上的定義和使用。

牛頓力學裡，相對運動是很簡單的。試想宇宙中有兩艘太空船，一架以每秒五公里的速度行駛，另一艘太空船要超過他，只要每秒比他開的快五公里，也就是每秒十公里的速度前進即可。結果這兩架低速太空船，很快的就要用盡全力，才能拼的你死我活，如果科技允許的話，牛頓可能會說，他們最終會以無限大的速度飛行。換句話說，速度是沒有止盡。

而愛因斯坦第一個想到的問題是，速度真的可以無止盡的加上去？愛因斯坦在他的論文裡假設，如果所有帶有能量的物質，或是電磁波，速度都不能超過光速，物理定律會變成怎樣？

首先，時間和空間會和我們想像的不同。在牛頓定律中，時間和空間，就像互不干擾的兩條河，靜靜的前行。狹義相對論中，時間卻和空間緊緊相扣，彼此相依。第一個有趣的現象是，速度越快的物體，測量的長度會縮短。就好比一艘太空船，飛得越快，他所測量同一個物體的長度越短。如果接近光速，長度會越接近無限小，也就是說，一個乘著光飛行的旅客，他所看到的事接都是無限小的，幾乎就是看不見，可以說是在虛無中旅行。這時，物理中的長度的無限小，就都只是相對而言。

再來，速度越快的物體，時間會變慢。愛因斯坦曾經舉過一對雙胞胎的故事。如果說現在科技很發達，雙胞胎的其中一人，將開著速度為百分之八十光速的太空船旅行，目標為四百七十光年的貝拉垂斯（BELATRIX）星，另一個只想待在地球。出發時兩人都為二十歲，結果回到地球時，太空旅行的雙生子之一為五百七十一歲，而地球上的那位仁兄卻已經九百五十六歲（當然我們假設那時人已經可以活超過一千歲）‧哇，這是怎麼回事呢？愛因斯坦的回答是那個用很快速度旅行的太空人，生理時鐘都變慢了，所以當然駐顏有術。這個看似奇妙的雙生子矛盾，後來在基本粒子上發現，那些用大約光速飛行的基本粒子，比靜止的基本粒子生命期長。

這時，狹義相對論宣告無限的相對性。當物體越接近光速飛行時，長度變小，時間變慢，甚至質量也會變大。狹義相對論告訴我們，速度不可能無限大，但有限質量的物體，在飛行接近光速時，測量的長度會接近無限小，本身的質量會接近無限大，測量的時間也會往無限長方向前進。

一九一九年，愛因斯坦完成了廣義相對論，廣義相對論是他對牛頓重力的從新思考。在牛頓的重力理論中，只有有質量的物體，才會互相吸引。比如說光，是沒有辦法受到重力的吸引，因為光並沒有質量。

想像在太空中的一個電梯，往上加速前進，在電梯中的你，會覺得好像受到重力影響往下掉，對了，這就是愛因斯坦廣義相對論中的最重要的定律，就是重力所拉的方向，和加速往反方向的運動，是不可分的，這又稱做等效原理。在加上狹義相對論中，時間空間是不可分的，而加速度是造成時間空間扭曲的效應。所以愛因斯坦的結論是，重力會造成時空扭曲。

這樣的扭曲效應，最重要的結果是，當光經過像太陽這樣重的星球旁，會因為時空扭曲而不再走直線，而是像太陽傾斜，這樣的效應是牛頓重力學無法解釋，因為光是沒有質量，依照牛頓重力理論，光是無法被重力影響。一九一九年，一組科學家真的測量到光會向太陽偏折，愛因斯坦的廣義相對論獲得最終的勝利。

但在愛因斯坦的廣義相對論中，有件事非常奇怪，就是它會預測宇宙，不是一直膨脹，就是萎縮，於是愛因斯坦就加了一項宇宙常數，去平衡這樣的怪現象。在愛因斯坦的心中，宇宙應該是靜止不動的，也就是說，宇宙是無限大而靜止在那兒的空間和時間。但後來科學家從望遠鏡的觀察中，發現星體有互相遠離的現象，也就是，宇宙是一直在膨脹的，而愛因斯坦加上的宇宙常數等於零。

一九二二年，俄羅斯的數學氣象學家亞歷山大。弗裡德曼（Alexander Friedmann）
，從廣義相對論中，找到一個解，提出宇宙原初大爆炸理論（Big Bang）。根據大爆炸理論，宇宙應該是在一百二十億年前，由一個能量很高的點，爆炸開來，然後往外擴張。這個理論可以預測，宇宙的熱度，也就是與所謂的宇宙背景輻射，應該接近絕對零度，也就是攝氏零下兩百七十三度。這和現在測量到的二點七度K，也就是攝氏零下二百七十度左右相符合。宇宙背景輻射的測量，證實大爆炸理論的正確。

大爆炸的理論完全顛覆以往對於無限的概念。我們一直覺得，時間和空間應該是無限寬廣，沒有最初，也沒有盡頭。但是大爆炸理論告訴我們，時間空間來自與一百二十億年前的爆炸，在那之前是什麼？？宇宙邊緣之外又是什麼？？很抱歉，這個答案無解。因為在大爆炸之前，時間並不存在，而宇宙是一直向外擴張，在邊緣之外，空間也不存在。

愛因斯坦曾很後悔，加入了宇宙常數，並視為這輩子最不該做的事。他的堅持其實是來自對無限的傳統看法，覺得宇宙就是無限大且靜止，而不該一直膨脹。這樣的堅持和他覺得上帝不會擲骰子，而拒絕相信量子物理一般，讓他和近代科學越來越遠。

而現在物理學家相信什麼呢？無限真的不存在嗎？2000年所出刊的自然雜誌（Nature）中，刊登了一篇文章，一組天文學家觀測到一星球，已經一百五十億年，也就是說比大爆炸還早，這幾乎快推翻了大爆炸學說，說明宇宙並沒有原初點。但這真的可以推翻之前的論述？數據太少，還是無法撼搖大爆炸理論，但科學家已經在思考，大爆炸理論是否錯誤？因為科學家只相信實驗，和觀測，至於什麼是事實，只有等待一直出現的數據來告訴我們。

參考資料
NOVA-Einstein http://www.pbs.org/wgbh/nova/einstein/index.html

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