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《我,海森堡》第二章,求学之路
澳门新萄京官方网站:2010-09-17文章来源: 作者:张文卓 新萄京科学院物理研究所
   1920年秋天,我正式进入了慕尼黑大学(Ludwig-Maximilians-Universit?t),开始了我的学术生涯。起初我想主修数学专业,但是经过和几位数学系的教授谈论以后,我决定还是去学理论物理。也许是我看了太多的经典力学和相对论的书,思维上和这些数学家有些格格不入吧。
  慕尼黑大学的理论物理学教授名叫阿诺德.索墨菲(Arnold Sommerfeld),一位睿智而慈祥的老人,曾是著名数学家克莱因(Felix Klein)的助手,他成了我的博士导师。他的手下有两个非常著名的学生,据说是慕尼黑大学物理系目前最聪明的两个学生,一个叫沃尔夫冈.泡利(Wolfgang Pauli),一个叫彼得.德拜(Peter Debye)。泡利这家伙出生在1900年,比我大一岁,标准的世纪婴儿。这个大腹翩翩的家伙一看新来了个师弟,马上滔滔不绝地跟我地大谈物理学,结果居然发现我这个“菜鸟”知道的一点不比他少,于是对我照顾有佳,好似寻觅良久终遇知音一样。

 
 索墨菲教授和玻尔教授的合影(1919年)

  索墨菲老师给我的博士课题是关于湍流的,流体力学里一个相当变态的题目,根本无法得到解析解。索墨菲老师真实太信任我了,但是我的兴趣早已转移到了别的地方,尼尔斯.玻尔(Neils Bohr)教授的量子理论。因为在我想主攻相对论的时候,泡利这个有眼光家伙建议我说相对论领域被爱因斯坦一个人建立的差不多了,你没有机会再做出重要工作,但是玻尔这种电子轨道模型的量子理论问题重重,你不妨试试这方面,兴许有大发现呢。

 
 好兄弟泡利

   索墨菲老师1922年跑到美国去做一个一年的客座教授。他知道我的兴趣转移到量子理论上了,便把我推荐到了哥廷根(G?ttingen)的马克斯.波恩(Max Born)那里做交流生。哥廷根,一个在数学界何其神圣的地名,大数学家高斯(Gauss)缔造了这里的威望,在现在希尔伯特(Hilbert)领导下它已经成为了世界数学的中心,我在这里的导师波恩也算是他的半个学生了,他是哥廷根大学理论物理的带头人。
  For me personally G?ttingen has the great advantage that for once I will learn proper mathematics and astronomy.
 --Heisenberg, writing to his father, 1922.

 
 第一次世界大战时的马克斯.波恩教授

  刚来这里不久,我便遇见了来访的玻尔教授,一个当时在我心中仅次于爱因斯坦的物理学家。在他的报告结束后我勇敢地走上去向他请教有关他的量子理论的一些问题,使他认识了我这个后辈。后来我才知道第一次的见面他就被初生牛犊不怕虎的我所深深打动了,又好似觅得知音一般滔滔不绝地向我讲述他的工作。这一年,玻尔教授凭借电子轨道模型的量子理论那了诺贝尔奖(这个工作也有我的导师索墨菲的一部分功劳),在他的前一年得奖的是爱因斯坦。比较讽刺的是爱因斯坦居然是靠光电效应的光子解释获奖,而不是更为重要的狭义和广义相对论。当然他的光子解释和普朗克的量子化一起成为玻尔教授量子理论的基础。
  由于我是个短期交流生,波恩教授起初没有太在意我,但随即便被我的能力和求知欲所打动。他手下有个数学基础非常强的助教帕斯卡.乔丹(Pascal Jordan),我们一起通过玻尔的量子理论计算得到的结果和实验观测的原子光谱完全无法吻合,看来玻尔的旧量子理论存在致命问题,量子理论需要一次深入的变革。
  "Not only new assumptions in the usual sense of physical hypotheses will be necessary, but also the entire system of concepts of physics must be rebuilt from the ground up."
  --Max Born in 1923
  一年的交流期很快结束,索墨菲老师也从美国回来了,他叫我回去答辩。说实话这一年我满脑子都是量子理论,根本无暇顾及他给我的湍流课题。不得已我用了几个小trick,得到了一个非严格但是非常近似的解,作为我的博士论文内容。论文的到了通过,并且相应的结果第二年发表在了当时最好的物理学期刊上【W. Heisenberg ?ber Stabilit?t und Turbulenz von Flüssigkeitsstr?mmen (Diss.), Ann. Physik Volume 74, Number 4, 577-627 (1924)】。于是泡利半开玩笑地说:“海森堡你真天才,这样也行?”。
   In the handling of the present problem, Heisenberg shows once again his extraordinary abilities: complete command of the mathematical apparatus and daring physical insight.
  --Arnold Sommerfeld, evaluation of the thesis, 1923.
   万万没想到的是,我的答辩会成了我人生第一个无法忘怀的噩梦。索墨菲老师这边自然没有问题,因为我知道在他眼中我是他最出色的学生,哪怕是跟泡利和德拜这样的牛人相比。但是我从入学以来没有认认真真地做过一次实验。似乎上帝给了我敏锐的头脑和理性思维,却夺走了我的动手能力。在慕尼黑大学负责实验物理的是诺贝尔奖得主瑞恩,没错,就是做黑体辐射实验给普朗克先生铺路的那位,一直被我在调仪器时候的笨手笨脚气的发疯。在他的眼里无论一个物理学家理论水平如何高,必须要具备一定的实验能力,于是答辩时候我就被他搞惨了。他先问我怎么调法布里-帕罗干涉仪的分辨率,我没答上来。他有问我蓄电池怎么工作,我还是没答上来。瑞恩十分气愤,自然觉得我不该通过。他在慕尼黑大学资格最老,一言九鼎,无人敢反对。这时我的导师索墨菲勇敢地站了出来替我说话,他反对用实验能力来扼杀一个理论物理学家的天赋。我头一次看到两位老科学家在如此激烈地讨论,如同争吵一般。索墨菲老师在一心地帮助我,提携我,使得我一生都对他存在着深深的敬意和感激。

 
 威廉.瑞恩

  最后讨论的结果,索墨菲老师给了我最高分A,瑞恩教授给了我最低分E,于是平均下来我的答辩成绩是C,刚刚及格。这对从小一直名列前茅,不甘人后的我来说是一次非常重大的打击,如同耻辱一般。这一年,我22岁。晚上索墨菲老师组织了晚宴庆祝我拿到博士学位,我喝完香槟酒吃点东西后,在大家意犹未尽地欢聚的时候和大家匆匆道别,早早地离,回到宿舍拿起早已收拾好的行囊,背着它在夜色下只身来到火车站,买好票,目标:哥廷根。
  第二天早上,我就到了玻恩教授的办公桌前,拿着这张难看的成绩单,问他:“您说过我拿到学位后就招我过来当助教,现在您是否会改变主意?”我当时心里很忐忑,寄希望于玻恩不会放弃一个改变量子理论的机会吧。
  玻恩一开始没有回答我,只是问我答辩时瑞恩都问了我哪些问题,然后说:“这两个问题确实不好回答”。玻恩教授也许是为了给我面子才这么说的, offer还是照旧给了我。
  我那位赋闲在家的战斗英雄老爸真是一直在为我担心,甚至写了信给哥廷根大学主管实验物理的James Franck教授请求他好好教教我实验,Franck教授尽力教了我很久,最后还是放弃了,留下这样一句话:“海森堡想在物理学领域生存的唯一的出路只有去当个理论物理学家”。
 “If Heisenberg was going to survive at all in physics it would be only as a theorist.”

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