自学量子力学的真实经历(去了解一位量子力学的怪才)(1)

第二章 战火纷飞的中学时光 第二章 战火纷飞的中学时光

(1914 年 8 月至 1918 年 11 月)

商业之海,
工艺之巅,
幸哉吾生,
重任在肩;
绿茵场上,
亦扬其名,
执木飒飒,
技艺超群。

——布里斯托尔商校校歌 1

1914年8月4日,当狄拉克准备上中学时,英国已处于战争状态,这次冲突第一次席卷了欧洲所有的工业化国家。这场“欧洲战争”将史无前例地给英国人造成重创,而狄拉克将在这样的社会背景中度过他在商校的整个中学时期。

和英国的大多数城市一样,布里斯托尔很快就进入了备战状态,布尔战争中的英雄基奇纳勋爵表示,这场冲突胜利与否,将取决于英国的最后一百万人,这一声明加剧了备战的紧迫性。8月的最后一天,基奇纳以陆军大臣的身份给布里斯托尔征兵委员会发了一封电报,要求他们组建一个“优秀青年营”,在两周内,大约500名各行各业的从业人员自愿报名参加了“第12届格洛斯特营”,并被划编为“基奇纳军”的一部分。2几周内,城市中所有产业的工作重点都由商业赢利变为向军队提供靴子、衣服、汽车、飞机等各种物资,甚至连体育馆滑冰场也被征用作为组装战机的场地。

宣战后仅一个月,第一份伤亡名单便被公之于众。据布里斯托尔的报纸报道说,盟军遏制住了德国最初的猛烈进攻,战线已经加固,并形成了一条连贯的防御工事,从海岸线上的法国–比利时边境一直延伸到法国–瑞士边境,与查尔斯·狄拉克从小长大的地方很近。在议会通过了《外国人登记法》后,布里斯托尔便成为“禁区”之一。查尔斯不得不以外国人的身份向当局登记,尽管他对英国的安全没有任何威胁。当他的大儿子开始在那所只招男生的商校上学时,查尔斯已经在该校法语系主任的任上度过了近1/3的时间(他总共在任48年)。在保持学校的技术学科的优势基础上,他试图在现代语言方面也建立良好的声誉,在这件事上,他比其他所有老师都功勋卓著。

从家里到位于市中心团结街的学校,查尔斯大约要骑车15分钟。学校就位于布里斯托尔最新、最豪华的音乐厅——剧场音乐厅的拐角处。就在保罗开始上学后不久,年轻的加里·格兰特在那个音乐厅获得了他的第一份工作,当一名实习电工,帮助操作照明设备。布里斯托尔商校的爱德华–哥特式建筑于1909年4月开建,此前的校舍毁于一场大火。新学校地下室车间里的嘈杂声和隆隆声使附近的人们都饱受其扰,这恼人的声音连学校的近邻哈维氏酒商都来抱怨,说他们的酒窖一直受到干扰。3

查尔斯·狄拉克被其学生戏称为“狄扣扣”(Dedder),他的日常行为,从牛津大学物理学家迪克·达利茨(Dick Dalitz)于20世纪80年代中期听到的几位同校教师和学生的讲述中可见一斑。对“狄拉克先生的名声”,他的学生莱斯利·菲利普斯如此评价道:

他在学校里是个纪律严明的人,一丝不苟,随时准备纠正和惩戒学生。他把课堂上发生的一切都记录在自己的本子上,简洁又晦涩难懂,没有一个学者能够理解这些记录的意义。后来,上高中后,我开始意识到这个人的人性和善良,开始发现他眼中闪烁的光芒。但在我们初中时,他就是灾难的根源,是个恐怖分子。4

“狄扣扣”因其老套、严格的教学方法和对学生随机测验而出了名,因此学生们必须时刻做好准备。如果他发现学生在考试或作业中作弊,他就罚他们在周六下午关四次半小时的禁闭。“这个不是你写的。星期六下午四点(罚你关禁闭),因为你抄袭。”他对后来成为布里斯托尔市市长的西里尔·赫布尔思韦特说。当男孩子不听话时,大多数教师通常会像个虐待狂一样用拖鞋或手杖打他们,但没有记录表明查尔斯使用了这种惩罚方式,无论是在学校还是在家里。

不难想象,被狄拉克先生吓坏了的学生们很可能会好奇地望着保罗和费利克斯,说不定还会问出口来:“他在家里是什么样的人?”然而,父亲严格的课堂纪律确实给他自己的孩子们带来了一些好处,那就是他会没收一些漫画书并带回家给孩子们看。5儿时的狄拉克便读着这些廉价的黑白漫画书,里面满是滑稽的卡通形象、幼稚的笑话、侦探故事、关于军人冒险的奇闻,甚至偶尔有提到德国军队增兵的时政要闻。6狄拉克家里对流行文化的妥协,让年幼的保罗对漫画产生了持久的兴趣。

保罗和费利克斯的母亲也有让他们痛苦的时候。她让他们留了一头浓密的卷发,让他们穿着早已不再时兴的灯笼裤。他们穿的短马裤和吊袜带紧得不得了,每次脱下衣服时,都会在腿上留下恼人的红印子。狄拉克很长时间都记着同学们对他的奚落,用现在的话来说就是不够酷。7这也是催生他作为英国人最典型的焦虑、尴尬性格的诱因。

当时在英国,每8个人中就有一个死于肺结核。8因此和当时所有的父母一样,查尔斯和弗洛担心他们的孩子会染上肺结核。而如果只看成年男性,结果会更吓人:在15至44岁的男性中,因肺结核致死的人占了死亡人数的1/3还多。狄拉克家的孩子们都是在政府资助抗结核运动的头10年出生的,该运动敦促所有公民走出家门,进行大量户外运动,呼吸大量新鲜空气。这一理念可能促使了查尔斯不再支付儿子上下学的电车费,因此他们被迫每天要走两个来回(他们回家吃午饭)。尽管这可能使保罗养成了长时间散步的习惯,这很快成了他痴迷的运动之一,但他认为父亲这么做是出于吝啬,后来还是感到很愤慨。9

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只花了几个星期,狄拉克就在商校成了一名明星学生。除了历史和德语,他在每一门学科上都很出色,因此常常名列前茅。10整套课程都十分实用,没有音乐,也没有拉丁语和希腊语,这让狄拉克倍感欣慰。相反,这所学校把重点放在能让孩子们将来踏足商界时用得上的科目上,包括英语、数学、科学(但没有生物学),以及一些地理和历史等。此外,高质量的技术技能教学,如砌砖、石膏装饰、制鞋、金属加工和技术制图等,也使这所学校的教育独具特色。在过去的50年里,政府督学一直称赞这所学校为全国的孩子们提供了最好的技术教育。11

在学校的实验室里,狄拉克学会了如何将一块块金属做成简单的产品,如何操作车床,如何锯切金属,如何转动螺纹。除了与轰鸣的机器、满地的机油和成卷的金属屑相伴之外,他还学到了很多技术制图的技巧。这些课程建立在主教路小学的入门课基础之上,教会了狄拉克如何为更复杂的物体设计蓝图,培养了他从不同角度揣摩它们的能力。在“几何绘图”课程中,狄拉克学会了如何在头脑中想象圆柱体和圆锥体以不同的角度被切割,然后再从不同的角度观察的时候是什么样子。他学会了用几何的方法来思考那些运动着的物体,还学会了如何画出沿着直线滚动的正圆上一个点的轨迹,类似于沿着道路滚动的车轮上的一粒灰尘的轨迹。对于第一次遇到这些或弯曲或对称且通常错综复杂的形状的学生来说,它们是快乐的源泉。如果狄拉克想知道如何用数学的方法来描述这些曲线的话(这是非常可能的),那么他的技术制图课老师可能是无法给他启发的,因为他们以前通常都是手工艺师,几乎没有数学专业知识。

虽然狄拉克全神贯注于他的学业,但对于战争的规模他还是了解的。整个白天时间,都有卡车车队带着供给前线士兵的物资穿过布里斯托尔,巨大的大炮被拖过街道,引起的震动让附近的建筑都随之摇晃。到了晚上,街灯尽熄,使这座城市不易成为假想中的德国飞艇队的攻击目标(虽然他们从未来过)。城市里发展迅速的航空工业已处于备战状态,而狄拉克每次上下学都要经过一家繁忙的飞机工厂,所以他很清楚空中轰炸的威慑力。12

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报纸和人们的口中不断传来关于前方战事的不实消息。政府的审查政策使记者无法报道大屠杀的全部情况,但读者可以对战事及其后果形成一个大致的了解。1916年2月,德国人开始进攻位于凡尔登的法军,并企图削弱他们的力量。7月,英国军队进攻了索姆河。战线移动缓慢,但伤亡人数却猛烈增长。1917年4月,德国人将所向披靡的U型潜艇投入战争,旨在切断对英国的粮食和其他资源供应,从而迫使敌人进行谈判。美国被卷入了战争,为了庆祝此事,布里斯托尔在7月4日美国独立日当天给学生们放了半天假。13与此同时,俄国也陷入了动乱:2月,君主制垮台;9个月后,列宁发动了社会主义革命。

狄拉克一家每天都会在当地和全国性的报纸上读到这些事件。《布里斯托尔晚报》的内页刊登了一些身穿制服、只有十几岁的士兵的头像,下面还有几行小字列出了他们所在的兵团、他们阵亡的时间,以及留下了哪些遗属。尽管每天都有这些令人沮丧的报告,但到征兵宣传员那里报名的志愿参军人数仍然保持稳定,许多人的年龄比最低法定年龄18岁还要小。有些被送往战场的男孩只比狄拉克大一岁。狄拉克最接近服兵役的经历是1917年在少年团里服短期役,但他身边的很多年轻人就没有他这么幸运了。他应该看到了大批从法国回来接受治疗的伤残士兵,一瘸一拐地行走在城市的各个角落。14

但这场战争对狄拉克的教育来说倒是一个福音。15该校年长男生的大量流失使得高年级的学生越来越少,这使狄拉克和其他聪明的孩子有了补上这一空白的机会,从而加快了他们学习的步伐。他擅长科学,包括化学。他默默地学习着化学,但据一位同学后来回忆,有一次他打破了沉默。当时老师犯了一个错误,被狄拉克婉言纠正。16在弥漫着刺鼻气味的实验室里,狄拉克学会了如何系统地研究化学物质的行为,并知道了所有物质都是由原子构成的。剑桥大学的著名科学家欧内斯特·卢瑟福爵士描述过原子有多小,他指出,如果世界上所有人每天都花12个小时将单个原子放入一个顶针中,那么得用一个世纪的时间才能把它填满。17尽管没有人知道原子是由什么构成的,也不知道它们是如何组成物质的,化学家还是把它们看成像石头一样平常的物体。狄拉克学会了如何将他在实验室试管中看到的反应简单地解释为组成化学物质的原子的重新排列——他第一次见识了这样一个思路,即通过研究物质最基本的成分去理解物质的行为方式。18

在物理课上,他了解了如何通过琢磨热、光、声音等来研究物质世界。19但现在小狄拉克的思想已经远远超出了学校课程的范畴。他开始意识到,在他研究的所有纷繁复杂的现象背后,都存在着尚待解决的基本问题。当班上的其他同学都在努力按时完成作业时,狄拉克却坐在家里,花很长时间思考空间和时间的本质。20他突然想到,“也许空间和时间之间有某种联系,我们应该从一个四维角度整体考虑它们”。21他读过H. G. 威尔斯的科幻小说,而他的观点似乎和威尔斯1895年的小说《时间机器》中的时间旅行者的观点不谋而合:“时间和三维空间中的任何一维都没有区别,除了一点,即我们的意识会沿着时间移动。”22这种观点在19世纪末广为流行,狄拉克可能在孩提时代就读过旅行者的这番话。23但不管怎么说,年轻的狄拉克在知道爱因斯坦的相对论之前,就已经在思考空间和时间的本质了。

狄拉克的老师亚瑟·皮克林不再像教其他孩子一样对待狄拉克了,而是给了他一个书单,然后把他打发到了学校图书馆。皮克林有一次给这个神童布置了一系列艰难的计算任务,想让他晚上回家做,可那天下午他在回家的路上就听说狄拉克已经做完了。24皮克林为狄拉克打开了一个新的视野,他建议狄拉克不要只盯着简单的几何学,而是去研究德国数学家伯恩哈德·黎曼的理论,黎曼曾提出三角形的内角和并不总是等于180度。25用不了几年,狄拉克就会明白黎曼看似与科学无关的几何思想给引力带来了新的启示。

查尔斯·狄拉克和任何人一样明白,他的小儿子有着异常优秀的头脑和强大的专注力。通过家里的严格教育,查尔斯培养出了一个和自己颇为相像的工作狂儿子,这恐怕也正是他所希望的吧。而对于别人所指的保罗的古怪行为,查尔斯显然不以为然。保罗的同学都认为他是一个怪人。在60年后对他的回忆中,有几个人把他描绘成一个非常安静的男孩。还有两种说法,一种是“身材高挑、穿着灯笼裤、留着卷发的男孩,看上去不像是英国人”,另一种是“严肃认真、有点儿独来独往的男孩,经常出没于图书馆”。26哪怕在那个时候,他就已疯狂迷恋上了科学和数学。游戏对他没有吸引力,而当他不得不参加时,他的参与似乎是画蛇添足一般:他的一位同学后来记得,狄拉克拿板球棒的方式“特别笨拙”。已是老人的狄拉克则表示,他之所以讨厌团队游戏,是因为他不得不在商校操场上与年龄和块头都比他大的男孩们一起玩足球和板球。27

他对文学的鉴赏力也极为有限。他从不去领会诗歌的魅力,不过他读过一些写给小男孩看的小说,包括冒险故事和大型战争故事,他会像文学评论家般一样仔细阅读着每一段文字。28在他9岁的时候,主教路小学曾授予他一件奖品:丹尼尔·笛福的《鲁滨孙漂流记》。对那些乐于远离人群、近乎但又不完全孤独的人来说,这部小说总能引起他们的共鸣。29

对狄拉克的思维方式形成影响最大的是数学课和科学课。几十年后,他的历史老师伊迪丝·威廉斯再次与他联系,她告诉他,当他还是班上的一名学生时,她“总觉得你在以另一种形式和模式思考”。30根据对狄拉克十几岁时行为的记载来看,他的个性像极了当今那些面色苍白的科技发烧友,他们情愿摆弄最新款的软件和小玩意儿,也不愿和别人打交道,最快乐的事就是独自坐在电脑屏幕前。从现代的眼光来看,年轻时的狄拉克就是爱德华时代的极客。[1]

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在商校,无论是班级规模还是课程范围都在缩小。当狄拉克1914年9月开始上学时,他的班上有37个男孩。但当他在1918年7月,也就是战争结束的4个月前毕业离校时,班上只有11个男孩了。在1918年7月的毕业典礼上,他获得了学校对他的褒奖(他每年都会获得一次),同时也听到校长宣布,在1916年至1917年间,共有96名男孩殒命疆场,还有56人受伤。31在他的余生中,这一段段对死者的祷文将会一直铭刻于心。

家里也压抑得让人喘不过气。在狄拉克眼中,父亲一从学校回到家,他的形象就从学校里纪律严明、公正、受人尊敬的老师变成了不可一世的暴君。战时的短缺和定量配给政策使弗洛做的饭菜越来越简单、越来越少,而在餐桌上,父亲仍然在强制实行他在语言上的专制。到了1918年年初,人们不得不排起长队才能领到面包、黄油、水果和肉类,人人都萎靡不振。一只鸡的价格涨到了一畿尼[2],相当于一个体力劳动者一周的薪水。32资源短缺促使包括狄拉克一家在内的许多家庭自己种植水果和蔬菜,正因如此,保罗·狄拉克干起了园艺工作,这个爱好也给了他摆脱家里气氛的一个机会。33

狄拉克家庭不幸福的另一个原因是查尔斯和弗洛偏爱的孩子不一样:母亲偏爱保罗,父亲偏爱贝蒂,而费利克斯就被无情地冷落了。34在学业方面,费利克斯在主教路小学的表现和弟弟不相上下,但在中学时他俩的能力差距变得越来越大,以至于彼此之间有了严重的摩擦。兄弟俩不再一起散步,而是不断地争吵。在之后的日子中,狄拉克对产生裂痕的原因直言不讳:“自己的弟弟比他更聪明一定让他非常沮丧。”35这话很正确。狄拉克不善于社交,他年纪大时变得非常谦虚,而且总是轻描淡写,所以他很可能是在暗示费利克斯发现自己在学业上被弟弟超越的经历是非常痛苦的。

当费利克斯快结束中学的学习时,他决定要成为一名医生。然而,他的父亲却另有主意:他想让费利克斯学习工程学。正如萧伯纳在他的小说《不合理的姻缘》中所预见的那样,这个方向很受年轻人的青睐:一个由工程师和发明家组成的崭新阶层会“像蒸汽压路机一样”碾压愚蠢的贵族阶层。36未来似乎掌握在H. G. 威尔斯笔下的“科学武士”手中。对于费利克斯来说,用他的实用技能去学一门技术来谋一份工作,显然是明智之举。查尔斯可能也意识到,要想把费利克斯培养成为一名医生,需要长达6年之久的训练,而医学院的奖学金十分稀少,所以用奖学金抵消学费的希望也非常渺茫。费利克斯试图坚持己见,但查尔斯不为所动,他们之间的关系因此恶化,可能比查尔斯意识到的还要深。37

对费利克斯来说,最经济、最便利的学习地点是布里斯托尔大学的工程学院,该学院位于商校内,与商校共用同一场地和设施。38费利克斯于1916年9月在那里开始了他的机械工程课程学习(也许带着不少抵触情绪),并得到布里斯托尔大学奖学金的资助。39

保罗从来没有想过要学习除技术学科以外的其他学科。40他本可以从几十门科学课程中挑选一门,也认真考虑过攻读数学学位,但当他得知最终的结果可能就是去从事教学工作后,他对此失去了兴趣,并决定放弃这一念头。41最后,由于自己没有强烈的偏好,他决定步哥哥的后尘——显然也是他们父亲的建议——在商校工程学院学习工程学,并获得了丰厚的奖学金。42

1918年9月,费利克斯正准备开始他的最后一年工程学课程。他一直觉得这些课很难——自始至终,他在班里都几乎垫底。与此同时,年仅16岁的保罗即将加入工科学生的行列,比班上其他学生都要小两岁。费利克斯一定知道,其他人在比较他和弟弟的天赋,而在这样的比较中,他是不会胜出的。

[1] 爱德华时代指1901年至1910年英王爱德华七世在位前后的一段时期,也是小狄拉克所在的时期。极客即英文geek,指对某些领域(尤其是计算机等)有狂热兴趣并投入大量时间钻研的人,有“智力超群”和“性格古怪”等意味。——译者注

[2] 英国旧时的一种金币,1畿尼约为1英镑。——译者注

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