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物理学家们的“哥本哈根精神”

栏目:科技数码   发布时间:2016/03/31   来源:中科院物理所   编辑:cas-iop

中科院物理所



人们普遍认为

尼尔斯·玻尔

“  人们普遍认为,哥本哈根大学理论物理钻研所(1965年,更名为尼尔斯·玻尔钻研所)在两次世界大战之间是理论物理学家的圣地。在玻尔的指点下,钻研所是20世纪20年代中期量子力学的构成发展到顶峰以及完全变革物理学的会聚地。在后来的岁月里,玻尔与他的合作者一块儿发展出了新物理学的“哥本哈根解释”,即,绝大多数物理学家所接受的一种立场。

——芬·奥瑟鲁德

物理学家通经常使用所谓的“哥本哈根精神”来描写他们在两次世界大战之间在玻尔钻研所的人生情节。



在出版物中,海森堡(Werner Heisenberg)第一次使用了这个术语,更确实地说是德语 der Kopenhagener Geist。1930年,海森堡在他的关于量子理论的教科书中,提到了“量子理论的哥本哈根精神”,意指有关物理学概念问题的一条特殊进路,这本教科书是基于海森堡1929年春季在芝加哥大学的一系列讲座编写成的。尔后,这个术语用来指工作氛围以及作风,而不是指特殊理念。我在这里将斟酌后一种含意。

总的来讲,哥本哈根精神意指钻研问题的一条普遍进路以及人们寻求自我钻研的自由。



20世纪30年代在玻尔钻研所工作过几年的一名奥地利物理学家维克托·威斯普及夫(Victor Weisskopf)指出,玻尔的特殊能力是提出各种独立思想,而不是委派具体工作。威斯普及夫的意思是说,在这方面,欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)是独一能与玻尔相媲美的人,卢瑟福是玻尔在哥本哈根大学取得博士学位以后赴曼彻斯特工作时的老师。来自波兰的斯特凡·罗森塔耳从1938年到玻尔钻研所一直工作到二战收场前夕,他把导致人们寻求自我独立钻研的这类自由看成是任何物理学钻研取得胜利的动力需求。至于罗森塔耳来讲,物理学钻研是没法被引诱的,而是由环境培养的。

依据曾经在玻尔钻研所工作过的物理学家的观点,这类学术独立性的培育包含激励在工作与玩儿时营建一种不拘礼节的学术氛围以及社会氛围。



20世纪30年代曾经在钻研所工作过几年的德国试验物理学家奥托·罗伯特·弗里西(Otto Robert Frisch)讲述了他刚到钻研所不久所阅历的这样一件茫然之事:他去参加一个讨论会,在这个讨论会上,他发现,玻尔与俄国物理学家列夫·达维多维奇·朗道(Lev Davidovich Landau)正在热闹讨论问题。朗道平躺在桌子上,而玻尔仿佛其实不在乎这类不寻常的姿式。弗里西发现,这类非传统的行动完整不同于他在汉堡以及伦敦时的阅历。针对朗道的事件,弗里西后来写道,“我花了一段时间才习气了哥本哈根理论物理钻研所的这些不拘礼节的行动,在那里,完整是依据一个人的清晰而直接的思考能力对他作出判断。”很多人把钻研所里十分轻松随意的氛围追述为是哥本哈根精神的核心要素。

这类轻松随意的氛围超越了物理学讨论的规模。例如,几位物理学家提起,玻尔喜爱美国西部电影,他们时常同他一块儿观看。下面的这个故事,最少有两位走访者喜爱:玻尔在同几位走访物理学家看完西部影片以后,提出了一套理论来讲明,为何在由罪犯发起的枪战中老是英雄获胜的缘故所在。玻尔的推理是,依据自由意志作出的抉择老是会比无心识地作出的抉择更费时;因而,妄图疯狂杀人的罪犯的行为不如自发反击的英雄的行为麻利。为了以科学的方式检修玻尔的理论,这群人买了两支玩具枪。扮演罪犯角色的俄罗斯的乔治·伽莫夫(George Gamow)抗衡扮演英雄角色的玻尔,结果,充沛检修以及证实了这一理论。

玻尔等人在研究所全神贯注地听报
从左往右:约尔丹、泡利、海森伯、玻尔等人在钻研所全神贯注地听讲演,约1930年

但是,玻尔其实不同意所有的年青科学家们的恶作剧。例如,丹麦物理学家克里斯坦·莫勒(Christian M?ller)曾经说过,玻尔不反对在钻研所的图书室里打乒乓球;他反对伽莫夫执意用书做球拍。一样,弗里西回忆起享德·里克·卡西米尔(Hendrik Brugt Casimir)穿戴衣服横渡哥本哈根湖的行动,认为这样的行动同玻尔的个性及其钻研所的管理不一致。深感负疚地说,弗里西的意思是应当把物理学家的这类幼稚行动解释成是他们作为人的特质:“科学家不能不像孩子那样有好奇心;或许,人们能够理解,他身上还有其他的幼稚特点。”弗里西仿佛意指,玻尔与年青物理学家相处的特殊能力其实不是他纵容这些幼稚行动。更确实地说,玻尔意想到,当这类行动是对物理学家的好问精神的一种必要表述时,他很明智地不会加以禁止。在所有这些记叙中,玻尔就像一名慈父,满怀愉悦地眺望着他的孩子们,当他的年青同事们玩儿的太出格时,他才会客气地告知他们,他不同意这么做。

玻尔作为父亲般的形象,在他与他的年青同事如何进行学术交换的很多记叙中,得到更充沛的表述。至于很多物理学家来讲,这是哥本哈根精神最有价值的方面。



在哥本哈根交换科学(或者非科学)理念的最普遍以及最有效的语境不是正式的讲座以及讨论会。遇到玻尔,最记忆犹新的事情是私人讨论,这些讨论产生在钻研所、玻尔的避暑别墅里或者沿丹麦海岸坐船旅行期间。

在这些阅历中,尤其使人喜爱的记忆是在玻尔家中的非正式集会,特别是当玻尔在1932年从钻研所的住处搬到嘉士伯(Carlsberg)公馆以后进行的非正式集会。这所19世纪的房子被其主人嘉士伯啤酒厂的董事长雅可布·克里斯坦·雅可布逊(Jacob Christian Jacobsen)在他1914年逝世时遗赠给了“因为那些在科学、文学、艺术或者其他方面的流动而被社会敬佩的人来栖身”。事实上,弗里西只是凭着古希腊的印象唤起了他在嘉士伯的阅历。弗里西写到:

“  我在这里感到的是,苏格拉底又回来了,把每次论证都推向更高的层次,激起了咱们自我都不了解的(以及当然没有的)智慧……而且,当我穿过洋溢着紫丁香或者小雨的哥本哈根街道骑车回家时,我感觉陶醉在使人兴奋的柏拉图式的对话中。”

在充溢青春活气印象的相似陈说中,玻尔在20世纪30年代的密切合作者比利时的列昂·罗森费尔德(Leon Rosenfeld)写道:

“  ……当(年青物理学家)加入到缭绕在这位和气可亲的巨匠身旁的这群追随者中时,他真的感到自我融入了精神家园,紧密团结在尼尔斯·玻尔的父亲般的庇护下。

由玻尔联想到苏格拉底以及耶稣象征着,对玻尔的极为尊重以及强调了玻尔周围的这群年青物理学家之间的密切性。

玛格丽特和玻尔在嘉士伯公馆外

玛格丽特以及玻尔在嘉士伯公馆外

玻尔的特殊交换方式,被他的合作者视为有利于首创科学工作,这不只是玻尔吸引以及鼓励学生的部份方法,而且反应了玻尔个性的基本特色。



玻尔因为讲话声音很低,时常被描写为是一名不完善的演讲家,这时候,他发现,以发表独白的方式,很难表述他的物理学推理。依据他的很多同事的观点,玻尔为知道决他在物理学或者其他方面的学术问题,老是需要一名共识者。罗森费尔德从1931年到1940年在钻研所工作期间,有能力充当了这一角色。在此以前,荷兰人亨德里克·安东尼·克喇末(Hendrik Anthony Kramers)、瑞典人奥斯卡·克莱茵(Oskar Klein)、德国人沃纳·海森堡以及奥地利人沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Pauli)一样都担负过玻尔的“助理”。从1936年秋季到1937年初,罗森费尔德不在时,魏斯普及夫从事这项工作,当罗森费尔德在1940年2月离开以后,斯特芬·罗森塔耳(Stefan Rozental)持续了这一惯例。

罗森费尔德、魏斯普及夫、罗森塔耳都说过,玻尔派给他们的主要任务是协助他筹备即发表的手稿。就这项工作而言,他们实际上不能不随叫随到。除时间长而无规律以外,这项工作实质上特别辛勤;记录玻尔的思想是这项工作的最少请求。玻尔老是期望助理对他的建议作出成心义的回应,随时注意玻尔的设法。由于玻尔的工作能力很强,即便至于他的很年青的助理来讲,这也不是一项小任务。助理历来不期望玻尔次日凌晨对前一天完成的手稿感到满意,这就增添了工作压力。经由了“带着问题入眠”——玻尔最喜爱的一种表述——以后,玻尔可能会请求从另外一个完整不同的角度责难正在钻研的主题。玻尔乃至在斟酌发表一篇文章以前,通常会对草稿进行屡次修改。物理学文章如斯,更时尚的文章或者哲学类文章也如斯。

很多物理学家回想说,这类不愿发表与其说反映了玻尔在论述高深思路时的完善主义,不如说反映了他相信书面语的情势与内容之间的完整统一。每种新的论述都不只是改良陈说,而是持续思惟进程自身。在细心审查每句话时,玻尔都以及他的助理开展坦诚的学术交换。与玻尔亲密合作需要完整诚实与坦率。因而而暴露出的弱点(如果有的话)很少会引起猜忌以及阴碍关联,这见证了玻尔以及他的助理之间的这类关联的气力。

以更直接的物理学方式与玻尔合作多是痛苦的。哥本哈根圈子里的很多奇闻异事之一讲述的是,罗森费尔德的妻子如作甚其丈夫能取得博士学位证书,奉劝他限制工作时间的故事。这件事情在钻研所里发生了很多饶有风趣的议论,它表明,为玻尔工作可能很容易与愈来愈传统地舆解的家庭关联构成竟争。的确,玻尔的很多合作者都说过,玻尔在物理学钻研中精力充分,即便他们比玻尔更年青,通常也会发现难以跟得上玻尔的步伐。玻尔的精力延续地贯穿于他的工作热忱中,仿佛他能够永无止地步讨论最迫切的物理学问题。

结果,担负玻尔助理的这类压力,使他们难以从事独立的科学工作,他们乐意承认这一事实。但是,乃至没有人会由于玻尔请求太多而责怪他。相反,应邀担负玻尔的助理工作,被认为是极大的幸运,并且,这项工作事后被认为是最首要的人生阅历之一。尽管钻研的问题通常由玻尔来抉择,但玻尔的助理们从未有逼迫感。相反,他们把自我看成是介入老师的思惟进程,乃至有时还有所贡献。他们完整接受卷入这些杂事,这再一次表明了玻尔与他的年青合作们之间更密切的关联。

像大多数家庭那样,孩子对父亲的妥协是有限的,无论对他多么尊重。有时,人们对失去自立的恐惧可能会胜过与玻尔一块儿工作的欢乐。在一次采访中,威斯普及夫就表示怀疑这份工作老是“完整踊跃的阅历”。他半开玩笑地用了“牺牲品”甚至“奴隶”这样的术语来接替更使人欣慰的“助理”一词,并且意指,长时间与玻尔工作可能带来的后果是,泯灭了被认为是独立思想家的年青物理学家。

在20世纪20年代以及30年代的钻研所里,除尤其踊跃的阅历以外,我只能找到两个例外。



第一个例外,也是最著名的例外,是美国物理学家约翰·克拉克·斯莱特(John Clarke Slater)的回想,斯莱特于1923年10月达到哥本哈根依据自我的设法从事光的波粒二象性的钻研工作。他在这一年初取得哈佛大学的博士学位。他在来到哥本哈根以前,曾经在剑桥大学渡过了秋天学期。

斯莱特走访的成果是与玻尔及其助理克喇末合写的一篇著名论文。这篇文章中包含的对微观进程的能量守恒概念的反驳,很快因为违背试验证据,而被抛却。另外,在文章发表时,玻尔仍是不接受作为粒子或者光子的光的概念。换言之,这篇玻尔—克喇末—斯莱特合作的文章很快成为物理学历史上的一个时期性过错。

依据斯莱特自我的回想,他历来不赞成抛却能量守恒概念。事实上,他回想说,当玻尔以及克喇末接受了他的一个设法以后,他们俩坐下来开始写论文,没有让他介入写作进程。他们只是在论文完成以后才约请他署名。关于玻尔以及他的弟子之间的关联,斯莱特指出:

“  [克喇末]尽可能像一名聪慧的爸爸,告知小男孩,他必需了解如何处理与这位巨人的关联或者如何对待这位巨人的行动举止。啊,这完整是巨人以及(在角落里的)小男孩的情景。我不习气这样,在哈佛大学,历来没有人这么做。

斯莱特把他在哥本哈根的日子形容为是“可怕的”。他乃至讲过,有时文章投稿以后,理解他的女房主提出,让他回避到她的避暑别墅里。他在丹麦剩下的时间,就是在那里渡过的,即,自我独立工作,在停留的这段时间里,他再没有与玻尔见面。

泰勒和奥托

从左往右:米顿·S.皮勒塞特、玻尔、菲力兹·卡尔喀、爱德华·泰勒以及奥托·罗伯特·弗里斯在钻研所讨论事情,约1934年(照片由约翰惠勒提供)

在钻研所里,另外一个消极阅历是著名的美国份子化学家以及两次诺贝尔奖取得者莱纳斯·鲍林(Linus Pauling)的回想。鲍林最初的职业是一位物理学家,1927年春季,他以此身份在钻研所走访了一个月。鲍林讲过,在他走访期间,玻尔对他的工作毫无兴致,并且,他可以记得在钻研所里根本没有讨论会。相比之下,他发现阿诺德·索末菲(Arnold So妹妹erfeld)是一名杰出的老师,老是对他的学生的工作作出回应,鲍林在达到哥本哈根以前,曾经在慕尼黑与索末菲一块儿渡过一年时光。正如鲍林所提出的那样,一个月的时间过短了,不能对哥本哈根的环境下定论。的确,鲍林以及斯莱特没有使他们融入玻尔周围的群体,这刚好见证了那里的群体原本拥有的亲密关联。例如,威斯普及夫承认哥本哈根物理学家的这类精英主义。他也记得某种反美情绪,他坚持认为,这不能追溯到玻尔。

对于斯莱特以及鲍林回想的这两种奇异的例外情况,物理学家们在他们对钻研所的评价中也特别赞成。在我与两次世界大战之间以及玻尔与钻研所相干人员的通讯以及对他们的采访中,大多数人都像那些文献中描写的那样热忱地叙述他们的阅历。

物理学家们完整不受教学或者行政外部压力的限制,能够把他们的全体时间以及精力投入物理学钻研。在这类努力尝试中,玻尔,这位学术的鼓励者以及核心,起到了引诱者以及凝聚点的作用。



在理论物理研究所黑板前的热烈讨

在理论物理钻研所黑板前的热闹讨论,约1930年。从左往右:玻尔、泡利、诺德海姆等人(照片来自AIP Niels Bohr Library: Landé Collection)

本文由刘四旦摘编自

本文由刘四旦摘编自[挪威]芬·奥瑟鲁德著,成素梅、赵峰芳译《科学的转型:尼尔斯·玻尔、慈善事业以及核物理学的兴起 》一书“叙言”部份。有删省,原文标题“哥本哈根精神”。

在两次世界大战之间是有组织的私

ISBN号: 978-7-03-046175-9  

在两次世界大战之间是有组织的私人慈善事业赞助基础科学的全盛时代。《科学的转型:尼尔斯·玻尔、慈善事业以及核物理学的兴起 》以玻尔钻研所从量子力学钻研转向核物理学钻研为线索,以时任所长E皮尔的科研工作与决策工作为中心,以相干人员的回想、玻尔的科学通讯、未发表的文献和大量珍贵的馆藏资料等为基础,把理论物理学的发展置于一个更大的历史语境中,揭露了玻尔钻研所从创建到第二次世界大战德国占据丹麦后休止钻研这段时代所阅历的科研发展与基金来源之间的繁杂关联,尤其是,美国的洛克菲勒基金会的科研赞助政策的变化对玻尔钻研所的转型发展所起的症结作用,论述了生物学钻研规划在玻尔钻研所的转型发展进程中所发生的踊跃影响。论证了玻尔作为钻研所的决钻研的一门多重交叉的新型学策者以及筹资者为钻研所的发展付出的不为人知的努力。这类钻研至于理解基础科学及其经济赞助渠道之间的繁杂关联相当首要。



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