主题:《量子》重启贴 -- 奔波儿

大河奔流 导读 复 82 阅 65184

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2018-09-23 17:49:02
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奔波儿
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【原创翻译】第三章·金子般的丹麦人(1) 18

第二章·专利的奴仆(7)

英格兰曼彻斯特,星期三,1912年6月19日。

“亲爱的哈纳德,我可能已经窥探到了原子结构的门径,”尼尔斯·玻尔在写给弟弟的信中说。“千万别对任何人说起这件事情,”他告诫说,“否则我以后有啥事儿再不会马上就写信告诉你。”对玻尔而言,保持缄默是必需的,因为他想做的正是每一位科学家都梦寐以求的一件事情,那就是揭示“构成物质的最小单位(A little bit of reality)”。玻尔还有一些工作没有完成,但是他“已经急不可待,想尽早完成,为此,我特意从繁重的实验室工作中挤出那么几天(这也是秘密)”。但实际上,这位二十六岁的丹麦小伙子所花费的时间要远远超过他的最初估计,最后他将自己尚未成熟的观点写成一个论文系列,包括三篇标题均为“关于原子和分子的结构(On the Constitution of Atoms and Molecules)”的文章。第一篇发表于1913年的六月,这是一篇真正具有革命意义的论文,因为玻尔将量子理论首次引入到原子的世界。

1885年10月7日是艾伦·玻尔(Ellen Bohr)的25岁生日,也就是在这一天,她在哥本哈根生下了一个儿子,并给他取名为尼尔斯·亨瑞克·戴维·玻尔(Niels Henrik David Bohr)。生下这第二个孩子以后,艾伦带着婴儿返回自己的娘家修养一段日子。基督堡(Christianborg Castle)是丹麦议会所在地,隔着一条鹅卵石街道是沙滩街(Ved Stranden)14号,这是本城最豪华的大宅子。艾伦的父亲,即小玻尔的外公,是一位银行家,同时也是一位政治家,是丹麦最富有的人之一。玻尔一生住过很多华美的大宅子,外公家是他住过的第一个这样的住宅,他和母亲只待了不长一段时间就一起回家了。

克里斯蒂安·玻尔(Christian Bohr:1855~1911)是哥本哈根大学的一位著名的生理学教授,他发现了二氧化碳在血红蛋白释放氧气的过程中所起的作用,这一成就以及他在呼吸系统方面的研究为他赢得了诺贝尔生理学及医学奖的提名。哥本哈根大学的外科医学院有一所宽敞的住宅,玻尔一家从1886年就住在那里,一直到1911年,那一年,玻尔的父亲英年早逝,年仅56岁。这所住宅位于城市里最时尚的街区,从那儿走到当地的学校只需十分钟,这对玻尔家的孩子们来说非常方便。姐姐珍妮(Jenny)比尼尔斯大两岁,弟弟哈纳德(Harald)则比他小十八个月,家里有三位女佣和一位保姆照顾他们。在当时的哥本哈根,由于人口膨胀,普通人家的住宅杂乱拥挤,而玻尔家的孩子则度过了非常舒适而优越的童年时光。

由于父亲的学术声誉和母亲的社会地位,玻尔家总是宾客盈门,丹麦顶尖的科学家、学者、作家和艺术家都是家中的常客。其中有三位客人和玻尔的父母关系熟络,和孩子们的父亲一样,t他们都是丹麦皇家科学与文化协会的会员,分别是物理学家克里斯蒂安·克里斯琴森(Christian Christiansen:1843~1917)、哲学家哈那德·霍夫丁(Harald Hoffding:1843~1931)和语言学家维纳海姆·汤姆森(Vilhelm Thomsen)。每次皇家协会开完周会,大人们都会轮流到四人中的一家继续他们的讨论。当轮到波尔的父亲做东时,尼尔斯和哈纳德被允许旁听,两个小家伙会好奇地看着大人们在那儿热烈地辩论问题。在当时的欧洲,一股世纪末(fin-de-siècle)的思潮正在泛滥,这常常成为这几位睿智之士的讨论话题,对孩子们来说,能亲历这种文化讨论是一件很幸运的事情。尼尔斯后来回忆说,这些讨论在他们幼小的头脑中打下了“最初的也是深刻的烙印”。

玻尔在学校念书的时候,他的数学和科学成绩非常优秀,但是他不喜欢语言课。“那时,”他的朋友回忆说,“一到课间休息时间,他总是玩得很疯。”哥本哈根大学当时是丹麦唯一的一所大学,玻尔在1903年入校学习,而当时的爱因斯坦已经在伯尔尼的专利局工作了一年多时间了。1909年,玻尔获得了硕士学位,而爱因斯坦则已经在苏黎世大学成为一名理论物理学的正教授,并且第一次获得了诺贝尔奖的提名。玻尔也获得了自己的荣誉,虽然与爱因斯坦相比有些微不足道,那是在1907年他二十一岁的时候,凭借一篇关于水的表面张力的论文,玻尔获得了丹麦皇家协会的金质奖章。玻尔的父亲曾经在1885年的时候获得过银质奖章,他对儿子能超越自己感到非常骄傲,经常对人说“我是银子,但尼尔斯则是金子”。

玻尔之所以能获得金奖,很大程度上是因为他听从父亲的劝告,暂停实验室的工作,并在乡下找了个地方完成论文。在投稿期限到来前的最后一个小时,玻尔才递交论文,但他仍然发现需要添加一些新的内容,于是在两天后又递交了补充内容。玻尔总是觉得自己应该反复修改一些内容,直至自己认为文章能够百分之百地反映出自己的想法为止,他这种对完美的追求有时简直到了病态的程度。在他完成博士论文前的一年,玻尔说他已经修改了“大概十四次”,甚至为了一个简单的字母错误都会让他不得不多花几天去修改。有一天,哈纳德看见玻尔的桌子上扔了一封信,准备就手就帮哥哥投寄出去,但却被告知:“别,那只是我写的一篇破文章的第一稿”。

这兄弟俩一生都是最亲密的朋友,他们兄弟不但都喜欢数学和物理,还对运动,尤其是足球有着强烈的爱好。哈纳德的球踢得比较好,他曾经入选丹麦国家足球队,并参加了1908年的奥运会,在那一届,丹麦足球队仅在决赛中输给了英格兰。另外,哈纳德被大家公认要更有天赋,他先于其兄一年获得了数学博士学位,而玻尔是在1911年的5月获得了物理学博士头衔。但是,他们的父亲一直认为他的大儿子是“家族中最特别的一员”。

在玻尔正式进行博士论文答辩的时候,他遵照传统,打着白色领带,戴着假发。答辩只持续了90分钟,创下了用时最短的记录。两位考官之一是他父亲的朋友克里斯蒂安·克里斯琴森,他很遗憾地说当时丹麦的物理学家“在金属的理论方面尚没有足够的知识,因而无法对这个领域的论文做出判断”。尽管如此,玻尔还是被授予了博士学位,他随后将论文的副本寄给马克斯·普朗克和亨德里克·洛伦兹(Hendrik Lorentz:1853~1928)等人。可是,他的信却如泥牛入海,没有回音,这时玻尔才意识到自己犯了一个错误,他应该先把论文翻译一下。当时,那些最优秀的物理学家一般都能流利地使用德语或者法语,可是,玻尔却想将自己的论文翻译成英语,为此他设法说服一位朋友来做这件事情。

当年,他的父亲曾经希望玻尔像若干希望展翅高飞的丹麦人一样,选择莱比锡或者哥廷根这类德国大学作为自己继续深造的地方,但玻尔却把剑桥大学作为自己的目的地,因为这座牛顿和麦克斯韦的思想家园对他而言,就是“物理世界的中心”,而论文的翻译件将是自己的敲门砖。他想利用这篇论文,能够找到一个同约瑟夫·约翰·汤姆森爵士(Sir Joseph John Thomson:1856~1940)对话的机会,他后来将这位先生描绘成是“一个为所有人指示方向的天才”。

玻尔四处航海和远足,过了一个悠闲自在的夏天,随后他在1911年的九月底来到了英格兰,嘉士伯酒业公司为他提供一年的资助。在寄给未婚妻玛格丽特·诺兰(Margretje Norlund)的信中,玻尔写道:“那天早上,我站在一家商店外面,无意中看见门上的地址有“剑桥”二字,我发现自己无比兴奋。”由于介绍信以及“玻尔”这个姓氏的缘故,玻尔受到了剑桥大学的生理学家们的热情欢迎,他们都认识玻尔那位过世不久的父亲。在他们的帮助下,玻尔在镇子边上找了一所有两个房间的小公寓,然后“处理各种事务,拜会朋友,参加晚餐聚会,忙得团团转”。但过不多久,玻尔就老想着能和汤姆森当面谈谈,就像他的朋友或者学生一样。

汤姆森生于曼彻斯特,是一位书商的儿子。1884年,在他过完28岁的生日还不到一周,他成为了卡文迪许实验室(Cavendish Laboratory)的第三任掌门人。在这个麦克斯韦和瑞雷曾经领导过的世界著名的实验室,没人能想到汤姆森会是他们的继任者,其原因不仅仅是由于他当时非常年轻。“J.J.的手非常笨,”他的一名助手丝毫不掩饰这一点,“我觉得自己没必要鼓动他去操作那些仪器。”尽管这位诺贝尔奖获得者很少亲自动手做实验,但大家均一致认为汤姆森具有“一种非凡的直觉,在不必亲自动手操作的情况下,就能理解错综复杂的仪器的内部工作原理”。

玻尔第一次和汤姆森会面时,他眼中的这位教授彬彬有礼但稍微有些不修边幅,神情似乎有些恍惚,戴着一副圆框眼镜,身着一件立领花纹夹克,这副形象让玻尔那起初还紧绷的神经很快就松弛下来。为了给人留下一个深刻的印象,玻尔手持自己的论文和汤姆森所著的一本书,走进了他的办公室。玻尔翻开书,指着一个公式说:“这个公式是错误的。”虽然被人如此直白地当面指出自己过去的错误让J.J.觉得不是很舒服,但他还是保证说会认真读一下玻尔的论文。他把论文随手扔在他那张堆满了文章和书籍的桌子上,然后邀请这位年轻的丹麦小伙子在周日和他共进晚餐。

玻尔刚开始还很兴奋,但是几周过去了,汤姆森还没有读他的论文,这让玻尔越发焦躁不安。他写信给哈纳德抱怨说:“我第一天是看走了眼,汤姆森可不是那种容易相处的人。”但是,他对这位55岁的老者的敬仰之情没有分毫改变,“他是一位优秀的人物,聪慧异常,富有想象力(你应该听一下他做的基础讲座),而且非常友善;但是他总是被太多的事务所缠绕,而且太专注于自己的工作,因此很难找到机会能和他好好聊聊。”而且,玻尔知道他的英语太糟,这也阻碍他的进一步交流。为了克服语言障碍,他拿着一本字典开始阅读《匹克威克外传(The Pickwick Papers)》。

十一月初,玻尔去拜访他父亲曾教导过的一位学生,这位弟子如今是曼彻斯特大学的生理学教授。在这次访问中,罗兰·史密斯(Lorrain Smith)将玻尔介绍给刚从比利时参加物理会议归来的欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford:1871~1937)教授。玻尔多年以后回忆说,这位充满人格魅力的新西兰人“热情洋溢地谈论了物理学领域的很多新领域”。卢瑟福“栩栩如生地描述了索尔维会议上的那些讨论”,这让玻尔非常感兴趣,以至于在他离开了曼彻斯特时,他已经被卢瑟福——他的个人魅力还有他作为物理学家所拥有的学识——彻底折服。

1907年5月,在卢瑟福就任曼彻斯特大学物理系主任第一天,他在去办公室的路上就引起了一阵轰动。一位实验助手回忆说:“卢瑟福上楼梯的时候是一步跨三个台阶,简直让人无法想象,像他这样的教授会如此生猛”。在短短数周之内,这位36岁的系主任就凭着他旺盛的精力和开门见山的办事方法征服了他的新同事。卢瑟福一步步打造出一个优秀的研究团队,这支队伍在随后的十余年间取得他人难以匹敌的成果,正是卢瑟福的独特个性,还有他灵敏的科学判断和智慧锻造了这个团队。而卢瑟福本人不但是这个团队的首领,更是它的心脏。

卢瑟福于1871年8月30日出生在位于新西兰南岛的斯普林格洛夫(Spring Grove)的一所单层小木屋里,他的父母有12个子女,而他排行第四。卢瑟福的母亲是一位教师,而他的父亲则是在一家亚麻作坊工作。在这个人烟稀少的乡下地方,生活异常艰辛,可是詹姆斯·卢瑟福(James Rutherford)和玛莎·卢瑟福(Martha Rutherford)夫妇俩人竭尽全力为自己的孩子们创造条件,使他们能充分运用自己的才智和运气。在父母的支持之下,小卢瑟福努力学习,获得了一系列奖学金,并最终来到了世界的另一边,进入了剑桥大学深造。

第三章·金子般的丹麦人(2)


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