正电子的遗憾｜量子闲话

　　作者：周劼（资深媒体人，业余从事文史、艺术研究。）

　　冯·卡门回忆起卡尔·安德森在他的实验室里利用云雾室观察到第一条正电子尾迹时激动万分的情景。他说，小安一开始不停揉脸搓手，错觉，做梦，喝多了，怎么会有个电子的尾迹偏转到相反的方向。但反复试验，他终于明白自己发现了新粒子，正是狄拉克理论预言的正电子。

　　正电子是理论物理预言先于实验发现的一次伟大胜利，也是人类物理思想的一次飞跃，海森伯评论，正电子之类反粒子的想法太惊世骇俗，“是我们世纪物理学中所有大跳跃中最大的跳跃”。

　　不过，实验物理学家并没有如理论物理学家这般扬眉吐气地傲娇，卢瑟福评价正电子的发现，不无遗憾地说，在实验之前就有了理论预言，真是美中不足。要是理论在实验事实之后才出现，我会更加高兴。

　　为什么要计较在理论之前还是在理论之后？是争首发权吗？非也，它关乎科学发现的两种模式。理论在前，实验在后，科学的发现就像借着理论的月光寻梦，“城里的月光把梦照亮，让幸福撒满整个夜晚”；实验在前，理论在后，科学的发现就像漆黑的暗夜里寻路，“在深海中间徘徊，得不到现在，看不到未来”。前者明确、清晰，后者误会、混乱，充满不期而遇。

　　科学史上有多少重要的发现是理论在前，又有多少在理论盲区？诺贝尔物理学奖得主莱德曼粗略统计，两种模式各占百分之五十。

　　无论哪一种情况，从“事实判断”说，都属重要，但从“价值判断”说，未必同样伟大。

　　费米用另一种方式区分了不一样的伟大。他说，何谓实验？结果与理论一致，那只是做了一次测量；有幸发现它们不一致，才算做了一次实验。这话其实是哲学家、生物学家赫胥黎名言的延伸，赫胥黎说，最美的实验就是推翻理论的实验，展现科学之悲剧，“科学的悲剧就在于漂亮的假说被难看的事实推翻”。

　　卢瑟福更进一步，他相信只有实验发现了理论没发现的或解释不了的，才叫激动人心，理论之后的发现只能叫应声虫——丁肇中的说法是使唤，“我倒是很喜欢跟理论物理学家们一起吃中餐，但如果将时间都花在听他们使唤上，那简直就是浪费时间”。

　　实验时不时跳出来打理论的脸，对理论而言是悲剧，对实验物理学家而言却是最愿意看到的科学崇高的正剧。

　　所以卢瑟福最得意的发现是，他做α粒子散射实验，发现有的粒子散射角竟然达到150°，他形容说，这是我平生所遇最难以置信之事，不折不扣怪事一桩，就像你向一张薄纸发射一颗15英寸口径的炮弹而炮弹却被弹回来打着自己。

　　之所以炮弹弹回打着自己，是因为有原子核。而原子核是之前的理论从未梦想到的。多年后，卢瑟福重读了自己早年的这篇论文，忍不住对着镜中的自己说，卢瑟福，这小伙子，你他妈的真是太聪明了。

　　实验的聪明在于它跳出了理论的视域，一骑绝尘，远远甩开了理论的老牛破车，所以卢瑟福有资本得意地说，我的实验总让人像一群猎犬，跟着我的足迹紧追不舍。——实验，“跟”着理论，“带”着理论，一字之差，攻守之势异也。

　　激动人心的不光是卢瑟福个人，还有那个时代，实验的狼烟四起，到处都是理论之外的发现，斯莫林在《物理学的困惑》中说，美好时代物理学的一个标志便是频出那些“最动人的、彻底颠覆人类普遍信仰的实验”。

　　莎士比亚说，爱情的绞刑架，专叫傻瓜送命。他又解释何谓傻瓜：用全副的本领证明自己的愚笨。写下这些台词的那部戏叫《爱的徒劳》。

　　如果卢瑟福有诗意，他会说，宇宙的绞刑架，专叫理论送命。他又解释何谓理论：用全副的本领证明自己的愚笨。写下这些台词的那部戏可以叫《思想的徒劳》。

　　科学有悲剧，有正剧，但合在一起也许是大喜剧，原因无他，如培根所说，大自然的秘密要比我们所感、所知、所解的多上许多倍，或者如爱丁顿所言，宇宙不仅比我们想象的奇特，而且比我们能够想象的更奇特。于是，实验不断跳到理论面前，“那馕糠的夯货，快出来与老孙打么!”成了科学的恒久乐趣之一。

　　【编辑：张靖】