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迷住了,正如他後來回憶的那樣:“我對此著了迷……海森堡的思想給我留下了深刻的印象,對於我們一直追求的那個體系來說,這是一次偉大的突破。”於是當海森堡去到英國講學的時候,波恩就把他的這篇論文寄給了《物理學雜誌》(zeitschriftfurphysik)
;並於7月29日發表。這無疑標誌著新生的量子力學在公眾面前的首次亮相。
但海森堡古怪的表格乘法無疑也讓波恩困擾,他在7月15日寫給愛因斯坦的信中說:“海森堡新的工作看起來有點神秘莫測,不過無疑是很深刻的,而且是正確的。”但是,有一天,波恩突然靈光一閃:他終於想起來這是什麼了。海森堡的表格,正是他從前所聽說過的那個“矩陣”!
但是對於當時的歐洲物理學家來說,矩陣幾乎是一個完全陌生的名字。甚至連海森堡自己,也不見得對它的性質有著完全的瞭解。波恩決定為海森堡的理論打一個堅實的數學基礎,他找到泡利,希望與之合作,可是泡利對此持有強烈的懷疑態度,他以他標誌性的尖刻語氣對波恩說:“是的,我就知道你喜歡那種冗長和複雜的形式主義,但你那無用的數學只會損害海森堡的物理思想。”波恩在泡利那裡碰了一鼻子灰,不得不轉向他那熟悉矩陣運算的年輕助教約爾當(pascualjordan;再過一個禮拜,就是他101年誕辰),兩人於是欣然合作,很快寫出了著名的論文《論量子力學》(zurquantenmechanik),發表在《物理學雜誌》上。在這篇論文中,兩人用了很大的篇幅來闡明矩陣運算的基本規則,並把經典力學的哈密頓變換統統改造成為矩陣的形式。傳統的動量p和位置q這兩個物理變數,現在成為了兩個含有無限資料的龐大表格,而且,正如我們已經看到的那樣,它們並不遵守傳統的乘法交換率,p×q≠q×p。
波恩和約爾當甚至把p×q和q×p之間的差值也算了出來,結果是這樣的:pq–qp=(h/2πi)i
h是我們已經熟悉的普朗克常數,i是虛數的單位,代表…1的平方根,而i叫做單位矩陣,相當於矩陣運算中的1。波恩和約爾當奠定了一種新的力學——矩陣力學的基礎。在這種新力學體系的魔法下,普朗克常數和量子化從我們的基本力學方程中自然而然地跳了出來,成為自然界的內在稟性。如果認真地對這種力學形式做一下探討,人們會驚奇地發現,牛頓體系裡的種種結論,比如能量守恆,從新理論中也可以得到。這就是說,新力學其實是牛頓理論的一個擴充套件,老的經典力學其實被“包含”在我們的新力學中,成為一種特殊情況下的表現形式。
這種新的力學很快就得到進一步完善。從劍橋返回哥廷根後,海森堡本人也加入了這個偉大的開創性工作中。11月26日,《論量子力學ii》在《物理學雜誌》上發表,作者是波恩,海森堡和約爾當。這篇論文把原來只討論一個自由度的體系擴充套件到任意個自由度,從而徹底建立了新力學的主體。現在,他們可以自豪地宣稱,長期以來人們所苦苦追尋的那個目標終於達到了,多年以來如此困擾著物理學家的原子光譜問題,現在終於可以在新力學內部完美地解決。《論量子力學ii》這篇文章,被海森堡本人親切地稱呼為“三人論文”
(dreimannerarbeit)的,也終於註定要在物理史上流芳百世。
新體系顯然在理論上獲得了巨大的成功。泡利很快就改變了他的態度,在寫給克羅尼格(ralphlaerkronig)的信裡,他說:“海森堡的力學讓我有了新的熱情和希望。”隨後他很快就給出了極其有說服力的證明,展示新理論的結果和氫分子的光譜符合得非常完美,從量子規則中,巴爾末公式可以被自然而然地推匯出來。非常好笑的是,雖然他不久前還對波恩咆哮說“冗長和複雜的形式主義”,但他自己的證明無疑動用了最最複雜的數學。
不過,對於當時其他的物理學家來說,海森堡的新體系無疑是一個怪物。矩陣這種冷冰冰的東西實在太不講情面,不給人以任何想象的空間。人們一再追問,這裡面的物理意義是什麼?矩陣究竟是個什麼東西?海森堡卻始終護定他那讓人沮喪的立場:所謂“意義”是不存在的,如果有的話,那數學就是一切“意義”所在。物理學是什麼?就是從實驗觀測量出發,並以龐大複雜的數學關係將它們聯絡起來的一門科學,如果說有什麼影象能夠讓人們容易理解和記憶的話,那也是靠不住的。但是,不管怎麼樣,畢竟矩陣力學對於大部分人來說都太陌生太遙遠了,