20世紀初，物理科學被普遍認為已經臻於完美，物理學領域似乎顯得風平浪靜，但祥和之下實則山雨欲來。1900年10月7日午夜，馬克斯·普朗克用一個公式拉開了一場物理學革命的序幕。
隨後的近半個世紀裡，在尼爾斯·玻爾、阿爾伯特·愛因斯坦、維爾納·海森伯、埃爾溫·薛定諤、沃爾夫岡·泡利、馬克斯·玻恩、保羅·狄拉克等物理學史上最偉大的一代物理學家的共同努力下，人類對經典物理觀提出了質疑，並逐漸揭開了量子世界的神秘面紗。他們的發現不僅深化了人類對微觀世界的認識，更重要的是，也徹底改變了人類對物理世界的哲學認知。
在《量子群英》中，托比亞斯·許爾特截取53個時空片段，以編年體的形式引領讀者重溫這段集體智慧的璀璨篇章，見證偉大思想的激烈踫撞以及量子物理學對世界的全新詮釋。
這也是國際局勢無比動蕩的半個世紀。政治風雲和戰火——特別是第二次世界大戰——將這些知識精英的科學發現、個人命運以及自己的祖國緊密聯繫在了一起。為了各自的國家和政治理念，曾經的師生、同事和摯友或通力合作，或分道揚鑣，有人展現出了高貴的人性品質，有人留下了難以抹去的人生污點。他們對微觀世界的新認識也物化成了一種擁有巨大能量的實體：原子彈。它將塑造甚至決定戰爭的走向以及未來的國際政治格局。
基於大量信件、筆記、回憶錄和研究報告，《量子群英》以通俗的語言記述了量子物理學誕生和早期發展階段的一繫列重要人物和事件，人性的筆觸使物理學史上最偉大的一代躍然紙上，描繪出一幅科學群英的肖像。

序 言 V 
1903 年，巴黎 被照亮的裂紋 1 
1900 年，柏林 無奈之舉 10 
1905 年，伯爾尼 專利技術員 21 
1906 年，巴黎 奪命馬車 29 
1909 年，柏林 飛翔雪茄的告終 31 
1911 年，布拉格 愛因斯坦的花語 32 
1911 年，劍橋 丹麥男孩初成年 34 
1912 年，北大西洋 “永不沉沒”的傾覆 42 
1913 年，慕尼黑 一位藝術家來到慕尼黑 44 
1914 年，慕尼黑 巡回演講 46 
1915 年，柏林 擅長理論，不擅長婚姻 53 
1916 年，德國 戰爭與和平 60 
1917 年，柏林 愛因斯坦的倒下 62 
1918 年，柏林 大流行 64
1919 年，幾內亞灣 月亮遮擋太陽 68 
1919 年，慕尼黑 一個讀柏拉圖的男孩 71 
1920 年，柏林 最偉大的會面 75 
1922 年，哥廷根 兒子找到父親 82 
1923 年，慕尼黑 險失學位 95 
1923 年，哥本哈根 電車上的辯論 102 
1924 年，哥本哈根 最後一次嘗試 105 
1924 年，巴黎 公爵之子 111 
1925 年，黑爾戈蘭島 大海的浩瀚和原子的渺小 119 
1925 年，劍橋 默默無聞的天纔 128 
1925 年，萊頓 先知與旋轉的電子 133 
1925 年，阿羅薩 多情時期的傑作 136 
1926 年，哥本哈根 波和粒子 142 
1926 年，柏林 拜訪愛因斯坦 145 
1926 年，柏林 普朗克家的聚會 156 
1926 年，哥廷根 詮釋現實 160 
1926 年，慕尼黑 理念之爭 169 
1926 年，哥本哈根 從天而降的雕像 178 
1926 年，哥本哈根 刀鋒遊戲 184 
1927 年，哥本哈根 變得模糊的世界 191 
1927 年，科莫 彩排 201 
1927 年，布魯塞爾 大辯論 206 
1928 年，柏林 德國蓬勃發展，愛因斯坦病倒 226 
1930 年，布魯塞爾 絕地反擊 230 
1931 年，蘇黎世 泡利的夢 242
1932 年，哥本哈根 哥本哈根的浮士德 258 
1933 年，柏林 有人逃亡，有人留下 265 
1933 年，阿姆斯特丹 悲傷的結局 275 
1935 年，牛津 那隻不存在的貓 279 
1935 年，普林斯頓 晴天霹靂 287 
1936 年，加米施 肮髒的雪 294 
1937 年，莫斯科 在另一邊 299 
1938 年，柏林 爆裂的核 304 
1939 年，大西洋 可怕的消息 312 
1941 年，哥本哈根 形同陌路 318 
1942 年，柏林 原子彈，遙遙無期 322 
1943 年，斯德哥爾摩 逃亡 326 
1943 年，普林斯頓 逐漸平和的愛因斯坦 331 
1945 年，英國 爆炸的威力 334 
結 語 341 
附 錄 343

1903年，巴黎 被照亮的裂紋

巴黎，1903年6月的一個夏夜，在第13區克勒曼大道的一個花園，光線從窗戶落到草坪上。一扇門打開了，歡快的聲音傳了出來，然後一小群人走上了碎石小徑。在他們中間有一個穿著黑色衣服的女人，那是36歲的物理學家瑪麗·居裡。她那經常緊繃著的臉終於放松了，露出高興的表情。她正在舉辦一場派對，以慶祝她獲得博士學位。
瑪麗正處於她職業生涯的最高點。她是法國第一位被授予自然科學博士學位的女性，並且是以“très honorable”的最優等級畢業的，同時她也是第一位被提名諾貝爾獎的女性。
在瑪麗的身旁，她的丈夫皮埃爾滿心自豪地笑著。圍繞著她的還有她的姐姐布羅尼婭、她的博士生導師加布裡埃爾·李普曼、她的同事讓·佩蘭和保羅·朗之萬以及她的幾個學生。新西蘭物理學家歐內斯特·盧瑟福也參加了這場聚會，他正在與妻子度蜜月——這是個遲來的蜜月，他們三年前就結婚了。盧瑟福和瑪麗·居裡是競爭對手，兩人都在研究原子的構造，並且觀點迥異。但這一爭端在這個晚上被擱置在一旁，畢竟這是個慶祝的日子。
通往瑪麗的這個慶祝之夜的道路，始於一個離法國首都很遠的地方，19世紀60年代的華沙。波蘭當時被普魯士、俄國和奧地利等大國瓜分，華沙處於俄國沙皇的高壓統治之下。任何波蘭人都不得以“波蘭”稱呼他們的故鄉。1867年11月7日，瑪麗亞·斯可羅多夫斯卡在那裡出生，她是一對教師夫婦的五個孩子中最小的一個。這家人反對俄國人的占領。父親盡力培養女兒們獨立思考的能力。當曼婭（家裡對瑪麗亞的昵稱）四歲時，患有肺結核的母親離開家裡，以免傳染給家人。她盡量少和家人聯繫，在與病痛長期鬥爭後最終去世了——這種疾病在當時還是不治之癥。
曼婭用了十年的時間纔恢復對生活的熱情。起初，她在學習中尋求解脫，埋頭苦讀。通過不懈的努力，她以全班第一的成績從帝國中學畢業。15歲時，她在自己施加的壓力下精神崩潰了。她那失去妻子的父親把她送到鄉下休養。在那裡，她設法放下了書本，發現了音樂、聚會，學會了調情和徹夜地跳舞。她開始在一所接受女學生的波蘭地下大學學習，並且輕輕松松就讓成績超過了所有同學。為了幫助大她兩歲的姐姐布羅尼婭承擔去巴黎學醫的費用，她在華沙附近的一個甜菜商家裡做家庭教師，並愛上了這家人中已成年的兒子，23歲的數學專業學生卡西米爾。這段戀情讓他的父親著實感到震驚。起初，卡西米爾試探性地抵抗父親，但在幾年的徘徊之後，他終於屈服了，讓曼婭孤零零地陷入失落之中。她心中深受創傷，對所有男人充滿了憤怒：“如果他們不願娶貧窮的年輕姑娘，就讓他們見鬼去吧！”
1891年，曼婭跟隨她的姐姐來到巴黎。布羅尼婭已經結婚了——造化弄人，她的丈夫也叫卡西米爾。夫婦倆都是醫生，都充滿了共產主義的理想。他們在自己的公寓裡執業，免費為有需要的病人治療。現在自稱瑪麗的曼婭難以忍受嘈雜的環境，租了一個閣樓，搬了進去。在寒冷的鼕夜裡，為了保暖，她所有的衣服都要裹在身上。為了省錢，她很少燒煤取暖，隻靠茶葉、水果、干面包和巧克力填肚子——但這都沒有關繫！她自由了。在19世紀與20世紀之交的巴黎，女性完全得不到平等的對待。“Étudiante”一詞既可以指女學生，也可以指男學生的情人。但女性在這裡至少可以不受干擾地學習。瑪麗學習起來廢寢忘食。白天，她喜歡在講堂、實驗室和圖書館裡度過，晚上則與書為伴，聆聽傳奇科學家亨利·龐加萊的演講。她又一次把自己累垮了，倒在了圖書館裡。布羅尼婭把瑪麗帶回家，給疲憊不堪、營養不良的她喫肉和土豆，直到她恢復體力。她一康復就又衝回到她的書本裡，最終又一次以全班第一的成績畢業。
接下來呢？女性可以得到許可去學習，但沒幾個男性研究人員願意身邊有女同事。瑪麗很幸運地獲得了一筆獎學金，得以對不同鋼材的磁性展開研究。她對操控實驗室的設備一頭霧水，一位熟人便將她引薦給一位磁學專家：皮埃爾·居裡。他靦腆而善於思考，看上去比實際年齡35歲要年輕。他向她展示了如何使用他參與研發的靜電計。盡管瑪麗在因卡西米爾而心碎之後發誓再也不會戀愛，但她的決心動搖了，她和皮埃爾成了一對。
但是對鋼材的磁學研究並不適合瑪麗，有比這令人興奮得多的事情等待著被探索。威廉·康拉德·倫琴剛剛在德國南部的維爾茨堡意外地發現了神秘的X射線，即倫琴射線，當時他把手放在一根電子管前，這種射線穿過了他的手。18旦前後，他向他的科學家同行們傳播了一張圖片，圖上是他妻子手的完整骨骼結構，婚戒也在圖上面。以前沒有人見過這樣的東西。X射線圖像在科學界和社會上引發了轟動。
同年，亨利·貝可勒爾在巴黎發現了一種輻射（也是偶然發現的），他稱之為“rayons uraniques”，即鈾射線，因為它是從鈾的樣本中發出的，那個樣本放在一個抽屜裡的一塊照相底板上。但貝可勒爾對這些射線的了解也就隻有這麼多了，他無法解釋它們是如何產生的。他懷疑並希望它與磷光現像有關，因為他和之前的幾代科學家都熱衷於研究這種現像。他發現的射線引起的轟動遠不及倫琴的，而且他那些模糊的照片與印在報紙頭版並能吸引集市和狂歡節人群的X射線照片相比，多少有些蒼白。
然而，瑪麗·居裡對貝可勒爾的發現非常著迷。她意識到，這個問題是絕不可能通過貝可勒爾屈指可數的幾個實驗來解決的，他並不是一個真正的工作狂型科學家。她在皮埃爾的靜電計的基礎上開發了一種測量鈾射線的新方法，而且她敢於反駁強大的貝可勒爾。她稱這種射線為“radioactif ”而不是“uranique”，因為她確信它們素獨有的。為了證明這一點，她著手檢測新的素，並在未來幾年內發現素：釙和鐳。
此外，瑪麗·居裡聲稱這種“無法理解的鈾輻射是原子的一種性質”。這是她在1898年所寫的，挑戰了當時的科學思想。研究者在原子領域沒有多少進展，各種理論層出不窮。化學家眼中的原子是物質的不可分割並不可變的基本單位，它們在化學反應中脫離其化學鍵，重新與其他原子結合。而近來物理學家眼中的原子則像小臺球一樣穿過真空，並在氣體中踫撞產生壓力和熱量。還有哲學家眼中的原子，自德謨克利特的時代以來，他們就認為原子是宇宙中永恆的基本組成部分。然而，沒有一種統一的理論將這些關於原子的不同概念聯繫起來，它們唯一的共同點是都稱其為“原子”。而現在，瑪麗·居裡卻聲稱，這些原子內部是有活動的。
這怎麼可能呢？原子產生輻射的機制是什麼？實驗顯示，它似乎不受化學過程、光線、溫度、電場和磁場的影響。那是什麼觸發了它？瑪麗·居裡憑直覺有一個極為大膽的猜想：輻射不是被觸發的。輻射產生的過程是由自身開始的，也即自發的。在1900年巴黎舉辦世界博覽會之際，為國際物理學大會撰寫的一篇論文中，她寫下了一個頗有預見性的句子：“輻射的自發性是一個謎，一個令人深感驚奇的課題。”放射性輻射是自發產生的，沒有任何的緣由。居裡以此撼動了物理學的基礎，即因果關繫的原則。她甚至考慮推翻能量守恆定律，這一物理學的鐵律。根據這條定律，能量永遠不可能憑空消失，也不可能無中生有。解開居裡之謎的人是新西蘭物理學家歐內斯特·盧瑟福。他提出了“放射性變化”理論：當一個原子進行放射性輻射時，它就會從一素變成另一素。這個理論讓科學的另一個教條式的支柱也動搖了。這樣的轉變被認為是不可能的，而這種理論則被認為是煉金術士和江湖騙子的歪理邪說。甚至瑪麗·居裡也曾長期抵制盧瑟福的理論，但最終事實證明他們都是對的：居裡說放射性是自發的，事實的確如此；盧瑟福關於放射性變化的理論也得到了證實。錯的是原來的物理學。
居裡夫婦在拉丁區——法國首都學術區——將一間高等物理化工學院的廢棄棚子改造成了他們的實驗室。風從縫隙中呼嘯穿過，地板從未完全干過。以前，學生們在這裡解剖尸體，直到他們搬到一個更加衛生的地方。現在驗尸臺已經讓位給了各種奇怪的設備：玻璃燒瓶、電線、真空泵、天平、稜鏡、電池、氣體燃燒器和坩埚。波羅的海德意志化學家威廉·奧斯特瓦爾德曾“迫不及待地請求”居裡夫婦允許他參觀他們的窩棚實驗室，在去過之後將其稱為“馬廄和土豆窖的混合體”。“要不是我看到工作臺上的化學儀器，我會以為這是一場惡作劇。”在這裡，在這間像是煉金術士用的實驗室裡，居裡夫婦做出了20世紀初最重要的一些發現。他們沒有想到，在他們漏風的窩棚裡，他們將徹底改變物理學解釋我們周遭世界的方式。
在他們的窩棚裡，居裡夫婦想制備一種直到不久前他們的許多科學家同行仍認為不可能存在的物質：純鐳。他們不會變戲法，必須從某種原材料中提取鐳。在漫長的實驗中，瑪麗發現了瀝青鈾礦。他們需要大量這種礦物，但在巴黎搞不到，就算搞得到他們也沒錢買。皮埃爾在歐洲各地打聽，聽說在波希米亞森林深處的約阿希姆斯塔爾礦區中有瀝青鈾礦，那個礦區以出產“塔勒”（thaler，後來轉音為dollar）銀幣所用的金屬而出名。他得知那裡開掘出大量瀝青鈾礦，但被當作廢料，於是他設法說服礦主給了他11噸這種礦物，運輸則由埃德蒙·詹姆斯·羅斯柴爾德男爵資助，他因父親是著名銀行家而腰纏萬貫，但他對藝術、科學和賽馬的興趣遠超過了對他父親的銀行業務的興趣。
1899年春天，當小山一樣的瀝青鈾礦被送到窩棚前的院子裡時，瑪麗拾起一把“混合著松針的褐色灰塵”，貼到了自己的臉上。現在可以開始了。
這是個不折不扣的體力活：瑪麗拖著沉重的水桶，把試劑倒來倒去，用鐵棒在冒泡的坩埚裡不停攪拌。瀝青鈾礦必須用酸、堿鹽以及上千升的清水衝洗。為了提純，居裡夫婦還開發了一種叫作“分步結晶”的技術。他們反復煮沸原料，讓其冷卻並結晶素素結晶速度快，所以居裡夫婦可以通過這種方式逐漸積累鐳。這需要精細的測量和巨大的耐心，但無論工作如何辛苦，他們都非常高興。每晚在從實驗室走回家的路上，他們都想像著純鐳的樣子。隨著他們提取的鐳的混合物純度越來越高，晚上從玻璃燒瓶中發出的光芒也越來越強。1902年的夏天，努力終於得到了回報，他們獲得了十分之一克的鐳。瑪麗成功地測素的原子量素周期表上把它放到了第88號的位置。
但家裡有個人不那麼開心：他們的女兒伊雷娜，她在居裡夫婦建立窩棚實驗室的兩年前出生。她沒什麼機會看到爸爸媽媽，他們回到家時也已經是筋疲力盡了。爺爺尤金一直照料著伊雷娜，這個小女孩身上帶著所有分離焦慮的跡像。隻要她的媽媽瑪麗準備離開房間，她就會緊緊抓住媽媽的裙子哭起來。有一天，她問爺爺為什麼媽媽很少在身邊。於是，爺爺拉著她的手，帶她走進了窩棚實驗室。伊雷娜對“這個無比悲哀的地方”深感震驚。她注定又是一個思念母親的女兒。30年後，伊雷娜·約裡奧?居裡將因其對放射性的研究獲得諾貝爾獎，成為繼其母親之後第二位獲此殊榮的女性。而她的女兒海倫也將成為一名核物理學家。
在1903年6月的克勒曼大道的那個晚上，瑪麗·居裡不知道她的家庭即將遭遇不幸。她為這次聚會特意準備了一件新衣服，用黑色布料做的，這樣在實驗室留下的污漬就不那麼明顯了。還有她那腹部隆起的曲線。幾周後，她和皮埃爾一起騎自行車去旅行。他們喜歡騎自行車穿越鄉村，甚至騎自行車去度蜜月。但現在瑪麗已經懷孕五個月了，她的身體已無法承受自行車在碎石路上的顛簸。她流產了。為了逃避悲傷，她比以往更加賣命地投入工作，直到她再次崩潰。她無法前往斯德哥爾摩接受她和皮埃爾因發現放射性而與亨利·貝可勒爾一起獲得的諾貝爾獎，斯德哥爾摩的舞臺完全屬於虛榮的貝可勒爾。他在走上舞臺的時候，身著綠底繡金長禮服，胸前佩戴著勛章，身側掛著一把軍刀。
在瑪麗博士畢業聚會的那個夏夜，當她與皮埃爾手挽手從沙龍的門裡走出來時，客人們向他們舉杯致敬。這對夫婦走出了閃耀的燈光，此刻隻屬於他們二人。在星空下，皮埃爾伸手插進他的馬甲口袋，取出一個裝著溴化鐳的玻璃瓶。瓶中的光輝照亮了他們那酒後通紅且滿是幸福的臉頰，還有皮埃爾手指上被燒傷、布滿裂紋的皮膚——這既是輻射病的最初征兆（它將有一天奪去瑪麗的性命）， 也是居裡夫婦所探索的知識中隱藏著的力量的最初跡像。