第一部 从弗洛伊德到维特根斯坦：伊始的意义

韦担任卡文迪许实验室主任的J.J.汤姆孙（J. J. Thomson）进行了他著名的阴极射线管实验。管的两端皆由金属板密封，管中的空气被抽出以形成真空。如果随后将金属板连接到电池上并产生电流，人们就能观察到管中的真空空间发出的辉光。[56]此辉光由负极板（阴极）生成，并被正极板（阳极）吸收。[56-0]

发现阴极射线本身就是重大的进步。但这些射线到底是什么呢？一开始，每个人都认为它们是光。然而在1897年的春天，汤姆孙将不同气体泵入射线管内并时而加以磁场包绕。通过系统地控制实验条件，他证明了阴极射线实际上是从阴极喷发并被阳极吸引的微小粒子。他发现粒子的轨迹可以被电场和磁场改变乃至形成曲线。他还发现，该粒子比氢原子还要轻，堪称已知的最小物质存在单元。汤姆孙确凿无疑地发现了物质的一种基本单位。这是人类第一次通过实验建立起物质粒子理论的雏形。[57]

这种粒子，或者说汤姆孙当时所称的“小体”，就是我们今天所知的电子。随着电子的发现，粒子物理学应运而生。从某种意义上来说，粒子物理学堪称20世纪最严峻的知识冒险，而这趟旅程也将如我们所见，在原子弹的巨响中达到巅峰。在未来的岁月里，许多其他的物质粒子纷纷被发现，但正是粒子这一概念本身的特殊性最令马克斯·普朗克着迷。粒子为什么会存在？在慕尼黑大学求学时，他的物理学教授曾告诉他物理学已经“非常接近完美”了，但普朗克并不这么认为。[58]他对原子的存在形式首先发难：他质疑牛顿/麦克斯韦构想中原子是微小、坚硬的实心球体这一概念。他提出质疑的一大理由是热力学第二定律（Second Law of Thermodynamics）。该定律由普朗克在柏林的一位前辈鲁道夫·克劳修斯（Rudolf Clausius）提出。按照普朗克本人所学的知识，经典的热力学第一定律（First Law of Thermodynamics）可以这样解释：设想一位建筑工人将一块很重的石头搬到屋顶。[59]石头将一直维持相应的能量并处于屋顶上，直到将来某一时刻重新落回地面。根据第一定律，能量既不能创造也不能消灭。然而克劳修斯的第二定律指出，第一定律并没有给出完备的理论。能量的损耗发生在建筑工人费力搬运石头的过程中，以导致工人流汗的热能的形式耗散了。这种损耗的能量被克劳修斯称为“熵”（entropy），它非常重要，因为这种形式的能量虽然并没有从宇宙中消失，但再也无法恢复其原本的形式。克劳修斯因此得出结论，世界（宇宙也是如此）必然总是倾向于增加混乱，随着熵的不断增加，最终油尽灯枯，走向灭亡。这一理念至关重要，因为它意味着宇宙是一个单向过程：热力学第二定律本质上是对时间的一种数学表达。反过来，它也意味着牛顿/麦克斯韦将原子定义为微小、坚硬的实心球体的概念是错误的，因为“球体”暗示着双向运行的可能性——在这样的系统里时间是可逆的，自然也就没有熵存在的可能了。[60]

1897年，就在汤姆孙发现电子的同一年，普朗克开始了日后将使他扬名立万的实验计划。他将日常生活中两种不同的观察发现结合了起来。首先，自古以来人们就知道，在加热一种物质（比如说铁）时，它首先会发出暗红的光，然后是鲜红色，最后是白色。这是因为中等温度下会激发出波长较长的光，随着温度的升高，波长较短的光随之出现。当材料变得白热化时，所有波长的光都将出现。对于温度更高的物体（比如恒星）的研究表明，在白热化之后的下一阶段里，波长较长的光将消失，导致光的颜色逐渐朝光谱的蓝色端移动。普朗克为此深深着迷，并通过它，与另一个未解之谜，即所谓的黑体问题（black body problem）联系起来。一个完美的黑体能够百分百地吸收所有波长的电磁辐射。这样的物体在自然界中并不存在，但也有类似的物体：比如碳黑能够吸收所有辐射的98%。[61]根据经典物理学，一个黑体应该只能根据其温度发出辐射，而这种辐射应当在每个波长一齐发出。换句话说，它应该只能发出白光。普朗克时代的德国拥有三个完美的黑体，其中两个在柏林。普朗克和他的同事们使用的那个黑体由瓷和铂金制成，位于夏洛腾堡市郊的标准局。[62]实验显示，黑体受热时的现象或多或少类似于铁块受热，首先发出暗红的光，然后是鲜艳的红橙光，最后是白光。为什么会这样呢？

普朗克革命性的思想似乎在1900年10月7日前后第一次萌芽。那一天他给同事海因里希·鲁本斯寄了一张明信片，并在上面勾勒了一个用来解释黑体辐射问题的方程式。[63]普朗克思想的核心是，与通常的看法相反，电磁辐射是不连续的，只能以一定的大小成束发射。牛顿曾认为能量的发射是连续的，但普朗克的观点与之相左。他说，能量的发射就像用软管喷水，每次只能喷出成股的水流。鲁本斯在得知这个想法后与普朗克同样兴奋（而普朗克原本是一个比较淡定的人）。同年12月14日，普朗克在柏林物理学会发表演讲，宣布自己已经构建了完整的理论。[64]该理论的一部分是关于这种小股能量规模的计算，即普朗克所称的h，也就是后来人所共知的普朗克常数（Planck's constant）。根据计算，其值为每秒6.55×10—27尔格（尔格是很小的能量单位）。他对黑体辐射的观察结果表述如下：虽然特定颜色的光的能量束是一样的，但比如说红光，其能量束就要小于黄光、绿光或蓝光。当一个物体刚开始受热时，它先发出能量束较小的光。随着受热增加，它就能发出能量束相对较高的光。普朗克将这种非常小的能量束定义为构建整个宇宙的基本且不可分割的组成单位。它之于能量辐射，就像原子之于物质世界。普朗克将其称为“量子”（quantum）。这一发现证明自然并不是一个连续的过程，而是以一系列极微小的颠簸方式发生变动。量子物理学的时代已经到来。

然而事实却并非完全如此。弗洛伊德的思想收获了一片反对和嘘声，德弗里斯对孟德尔的重新发现引发了一场雨后春笋般的实验潮，然而普朗克的理论却“不但没有人赞同，也没有人反对”，而是在很大程度上被学界忽视了。他的问题在于，此前二十年间他所提出的种种指向量子论的理论最后都被证明是错误的。所以当他在柏林物理学会提出这个最新理论时，他得到的是礼貌性的沉默，没人提出任何问题。所以我们甚至不清楚普朗克本人是否足够了解其理论的革命性内涵。直到四年之后，这一重要理论才在另一个人手中绽放出异彩。这个人将掀起属于他自己的革命，而他的名字就是阿尔伯特·爱因斯坦。

1900年10月25日，就在马克斯·普朗克将写有自己重要方程式的明信片寄给海因里希·鲁本斯的几天之后，巴勃罗·毕加索（Pablo Picasso）搭乘从巴塞罗那开来的列车，抵达在巴黎的奥赛火车站。普朗克和毕加索截然不同。普朗克过着有序而相对平静的生活，传统的观念贯穿始终；至于毕加索，则被他的母亲形容为“一半天使，一半魔鬼”。在学校里他目无纪律，乱涂乱画成性，对自己的目不识丁不以为耻反以为荣。但他是一位艺术奇才，从他的出生地马拉加，到他父亲在科伦纳的艺术学校课堂，到巴塞罗那工艺美术学校，再到因画作《科学与慈善》赢得马德里皇家学院奖学金，毕加索在其艺术道路上一路突飞猛进。但对他以及与他同时代的艺术家来说，巴黎才是宇宙的中心。于是就在19岁生日前夕，他