《對玻恩及其學(xué)派的系列研究》連載⑦——朗德及其與玻恩的關(guān)系

厚宇德

(河北大學(xué) 宋史研究中心，河北 保定　071002)

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《對玻恩及其學(xué)派的系列研究》連載⑦
——朗德及其與玻恩的關(guān)系

厚宇德

(河北大學(xué) 宋史研究中心，河北 保定071002)

朗德是20世紀(jì)很有作為的一位理論物理學(xué)家.在他的科學(xué)生涯中多次蒙玻恩欣賞、關(guān)照與提攜.在玻恩因納粹迫害失業(yè)時(shí)期，朗德曾竭力設(shè)法要幫助玻恩.玻恩對朗德的關(guān)照是他惜才愛才的一個(gè)特例.朗德學(xué)有所成則證明玻恩是有眼力的伯樂.玻恩與朗德都謙遜做人而醉心于研究事業(yè).發(fā)生在二人之間的感人故事說明，一流的物理學(xué)家也是有血有肉的人.無論做人做事，玻恩與朗德都堪稱物理界的楷模.

朗德；玻恩；朗德因子

作為一位理論物理學(xué)家，隨著朗德因子、玻恩-朗德方程、朗德間隔定則、朗德劈裂因子等術(shù)語寫入物理學(xué)詞典和相關(guān)領(lǐng)域的著述，阿爾弗萊德·朗德(Alfred Landé，1888-1975)的科學(xué)地位是不言自明的.在Wolfgang Yourgrau撰寫的朗德訃告中，對于朗德如此蓋棺論定：“朗德是一位杰出的演講者，是當(dāng)代物理學(xué)領(lǐng)域以及科學(xué)的哲學(xué)領(lǐng)域的巨人.”[1]這一評價(jià)是恰當(dāng)?shù)?在朗德的早期科學(xué)生涯中，多次得到玻恩的賞識、關(guān)鍵性的舉薦與大力幫助.

1　朗德科學(xué)生涯的幾個(gè)主要階段

朗德1888年12月出生于德國的埃爾伯費(fèi)爾德(現(xiàn)為伍珀塔爾市的一部分).朗德中小學(xué)在何處受教育？關(guān)于他的文章，以及對于他的訪談中，都沒曾提及.根據(jù)他對庫恩所說，知道他在中學(xué)時(shí)數(shù)學(xué)、物理成績優(yōu)異，而且很早就有了投身物理學(xué)研究的志向.現(xiàn)有的涉及朗德大學(xué)教育的文章，都說朗德在慕尼黑大學(xué)與哥廷根大學(xué)學(xué)習(xí).他自己也曾說：“我從慕尼黑來到哥廷根，再回慕尼黑，然后再來哥廷根.”[2]1962年3月接受庫恩采訪時(shí)朗德說，自己的大學(xué)生涯開始于馬堡大學(xué)(the University of Marburg).朗德說自己邁進(jìn)大學(xué)門檻時(shí)，以為已經(jīng)做好了充分的準(zhǔn)備.因?yàn)樵谥袑W(xué)時(shí)，他是學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理最好的學(xué)生.到了大學(xué)后朗德發(fā)現(xiàn)，坐在自己周圍的同學(xué)也都是數(shù)學(xué)與物理學(xué)得很好的人.在馬堡大學(xué)朗德學(xué)習(xí)不到4個(gè)月，之后他即去慕尼黑大學(xué).在慕尼黑學(xué)習(xí)1年半之后，朗德還沒有接觸到索末菲教授，于是他第一次去了哥廷根.朗德說：在哥廷根，托普利茨的微分方程和復(fù)雜函數(shù)等數(shù)學(xué)課程給他留下了深刻印象.1909年玻恩作為講師，在哥廷根大學(xué)開設(shè)第一門課，或1910年開設(shè)第二門課的時(shí)候，朗德是聽課者之一：“在哥廷根我真正進(jìn)入到了對于物理學(xué)更加細(xì)節(jié)的學(xué)習(xí)與研究階段.……在物理學(xué)方面我選了新教師馬克斯·玻恩的課，我對他的課很感興趣.”[2]后來眾所周知玻恩成為了一位著名的善于教學(xué)的教授，但是朗德說當(dāng)時(shí)玻恩上課還很不在行.聽玻恩的課，除了學(xué)到知識，朗德還與玻恩建立了友誼：“那是他的第一門課或第二門課.顯然他對我在課堂上提出的一些問題感興趣，因?yàn)樗髞磉€記得我，并做了對我而言是人生決定性的最關(guān)鍵的一件事：推薦我做希爾伯特的助手.”[2]這件事發(fā)生在1913年.朗德解釋說，成為希爾伯特的助手對于他而言至關(guān)重要，因?yàn)椤白鳛橄柌氐闹?，我就?dāng)然地在科學(xué)界獲得了一個(gè)‘官方的’地位，而成為年輕數(shù)學(xué)家與物理學(xué)家團(tuán)體中的一員.”[2]朗德認(rèn)為成為希爾伯特的助手，是他個(gè)人科學(xué)生涯的開始.1962年3月5日朗德與庫恩等人共進(jìn)午餐時(shí)，朗德再次說如果沒有玻恩的舉薦而成為希爾伯特的助手，他后來只能從事高中教師之類的職業(yè).朗德認(rèn)為在當(dāng)時(shí)慕尼黑索末菲的小組中他自己太小，因此沒有什么發(fā)展的空間與機(jī)會.哥廷根給了他所需要的自信[3].因此在還沒有獲得博士學(xué)位之前，他已經(jīng)在哥廷根大學(xué)有了一席之地.在1914年第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)前兩周，朗德在慕尼黑大學(xué)索末菲那里獲得博士學(xué)位.

第一次世界大戰(zhàn)期間，朗德先是加入紅十字會并在那里服務(wù)兩年.當(dāng)時(shí)的玻恩對于第一次世界大戰(zhàn)沒做是非與正義與否的思考.在哥廷根大學(xué)做講師期間，他相信德國是為了高尚的理由去戰(zhàn)斗的.他沒有參加軍隊(duì)，但是帶領(lǐng)朗德等學(xué)生到鄉(xiāng)村去幫助收割農(nóng)作物，以此支援前線.在柏林大學(xué)做副教授時(shí)，玻恩征得普朗克的同意，主動(dòng)去為國家效力，參加了物理學(xué)家維恩主持的由物理學(xué)家和技術(shù)人員組成的部隊(duì)，研制飛機(jī)上的無線電.其后因老朋友拉登伯格邀請，玻恩參加了陸軍“火炮試驗(yàn)委員會”.這一工作相對而言比較安全.玻恩從別的部隊(duì)要一些他認(rèn)識和了解的學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理的優(yōu)秀大學(xué)生過來，他希望以這種方式保護(hù)科學(xué)人才.在哥廷根大學(xué)做講師時(shí)有位玻恩認(rèn)識的學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的天才學(xué)生，在戰(zhàn)爭中喪失了生命.玻恩確信德國因此失去了一位一流的數(shù)學(xué)天才(玻恩為這位學(xué)生寫了訃告并在柏林自然科學(xué)學(xué)報(bào)發(fā)表，這對于玻恩以及這家期刊而言都是異乎尋常的).這位學(xué)生的去世促使玻恩盡其所能保護(hù)年輕科學(xué)人才.他第一個(gè)保護(hù)的對象就是朗德.在火炮測試委員會，玻恩與朗德(后來還有馬德隆)等人研究通過炮聲測定火炮位置的方法，私下還開始卓有成效的對于晶體的研究，極大地推進(jìn)了晶體研究以及化學(xué)計(jì)算.如1918年他們得到了計(jì)算晶格能量的玻恩-朗德方程(The Born-Landé equation)：

式中的NA是阿伏伽德羅常數(shù)；M是馬德隆常數(shù)；z+是陽離子電荷；z-是陰離子電荷；e=1.6022×10-19C，即一個(gè)電子電荷數(shù)；ε0是真空電容率；r0是相鄰離子之間的距離；n是玻恩指數(shù)(一般在5～12之間)，由實(shí)驗(yàn)測量固體的壓縮率來確定或由理論推導(dǎo)得出.對于這一時(shí)期與玻恩的交往與合作，朗德在接受庫恩采訪時(shí)說：是玻恩克服很大困難把他安排在身邊，“那一時(shí)期我接受了(科研工作的職業(yè))訓(xùn)練.然后開始了玻恩與我之間的密切合作.”[3]

1919年玻恩開始到法蘭克福大學(xué)做教授，他邀請朗德來法蘭克福大學(xué)從事研究工作.朗德到來后，除了每周在大學(xué)做一次講座，還到中學(xué)去上數(shù)學(xué)和音樂課.但是他主要的精力還是用于科學(xué)研究.這時(shí)朗德開始轉(zhuǎn)向?qū)庾V學(xué)的研究.他主要關(guān)注多電子原子的光譜.在法蘭克福大學(xué)從事研究工作期間，朗德做出了他最著名的發(fā)現(xiàn)：朗德因子(Landé g-factor).置于磁場中的原子所攜帶電子的總磁矩μ，在總角動(dòng)量J方向的分量為

1968年朗德80大壽，美國物理界要為其出版一本紀(jì)念文集.組織者請已經(jīng)86歲高齡的玻恩為之撰文.此時(shí)玻恩已經(jīng)不能撰寫學(xué)術(shù)論文，但是他寄來了一封回憶與朗德交往經(jīng)歷的公開信.提到法蘭克福大學(xué)朗德發(fā)現(xiàn)朗德因子那段時(shí)間發(fā)生的事，玻恩說：“我在法蘭克福做教授期間，你出現(xiàn)在那里，并用一些時(shí)間在我寧靜的系部去完成你令人吃驚的研究，那是關(guān)于復(fù)雜譜線和塞曼效應(yīng)的.如果我記得不錯(cuò)的話，一段時(shí)間里你就坐在我的對面，我們共用一個(gè)書桌.你深深沉浸在你的計(jì)算中，而在另一個(gè)房間，斯特恩與蓋拉赫正在做著他們著名的實(shí)驗(yàn).”[4]

1921年玻恩離開法蘭克福大學(xué)去母校哥廷根大學(xué)做教授，朗德其后也在圖賓根大學(xué)獲得了副教授職位.在圖賓根大學(xué)工作期間，朗德繼續(xù)取得新的成果，如提出朗德間隔定則(Landé interval rule)和朗德劈裂因子(Landé splitting factor)等等，其中前者指出在同一多重譜項(xiàng)中，相鄰兩個(gè)能級的間距正比于這間距所包括的一對能級中較大的總角動(dòng)量量子數(shù)j.

1929年朗德應(yīng)邀到美國哥倫布市的俄亥俄州立大學(xué)做系列學(xué)術(shù)講座.1931年朗德在俄亥俄州立大學(xué)獲得教授職位，在這里他工作直到1960年退休.在圖賓根和俄亥俄期間，朗德提出一些關(guān)于熱力學(xué)公理的新奇概念，也發(fā)表了一些量子力學(xué)方面的論文.自20世紀(jì)50年代后，朗德一直極力反對量子力學(xué)的所謂哥本哈根解釋.與薛定諤等人放棄粒子說而只堅(jiān)持波動(dòng)說.相反，朗德嘗試只基于粒子說來闡釋量子力學(xué)的基本原理.他曾希望得到玻恩對于他這一想法的支持.但是玻恩堅(jiān)持粒子說，也認(rèn)可波動(dòng)說，即在玻恩看來微觀客體具有波粒二象性，因此玻恩沒有聲援朗德.

1962年朗德對庫恩說，在一件事上他愧對玻恩：“我的數(shù)學(xué)知識很零散，只是這學(xué)點(diǎn)那學(xué)點(diǎn)，我從來沒能成為這方面的專家.我對于玻恩有深深的歉意，他一直責(zé)怪我缺乏堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ).”[2]可見此時(shí)的朗德對于玻恩仍以師視之.

朗德1975年11月在俄亥俄逝世.

2　朗德對于玻恩和海森伯的評價(jià)

如果說1921年之前朗德多受玻恩的影響和關(guān)照的話，那么在其后的幾年里朗德與海森伯的合作則明顯增多.朗德和海森伯都是在索末菲那里拿的博士學(xué)位，又都先后聽過玻恩的課并深得玻恩賞識，因此這種雙重“師兄弟”關(guān)系使二人相交甚密自然而然.朗德在法蘭克福的研究成果是海森伯研究塞曼效應(yīng)的基礎(chǔ).[5]1921年9月在德國物理學(xué)會會議上，海森伯第一次見到了他這位“大師兄”，其后一段時(shí)間里，兩人幾乎每天都要通信.[5]1924年1月海森伯曾到朗德任職的圖賓根大學(xué)與朗德緊張地用幾天時(shí)間合作撰寫一篇論文.[5]朗德與玻恩、與海森伯都有過合作的經(jīng)歷，對他們都十分了解.因此朗德對于海森伯與玻恩的對比評價(jià)尤其值得重視.比較兩人，朗德說：“海森伯(的思想)有些模糊含混，玻恩能把一切搞清楚.”朗德認(rèn)為“玻恩的思想遠(yuǎn)在海森伯之上.”[3]

朗德的這種評價(jià)顯然是那些認(rèn)為在20世紀(jì)物理學(xué)史上列于愛因斯坦、玻爾之后，海森伯穩(wěn)坐第三把交椅的人們難以理解和接受的.但是朗德對于玻恩與海森伯都了解至深，其觀點(diǎn)應(yīng)該比較可信.與其他科技明星不同，對于玻恩評價(jià)極高的，多是與他非常熟識的專業(yè)人士.在玻恩帶領(lǐng)弟子們建立矩陣力學(xué)、自己提出波函數(shù)統(tǒng)計(jì)詮釋之前的1920年，愛因斯坦就曾這樣評價(jià)玻恩：“任何地方只要有你，那里的理論物理就會興盛起來，在今天的德國，找不到第二個(gè)玻恩了.”[6]控制論創(chuàng)始人維納與玻恩有過合作的經(jīng)歷，維納曾說：“在我看來，有一點(diǎn)是非常清楚的，即海森伯教授是在與玻恩教授有長期聯(lián)系，因而受玻恩富有成效的思想的影響之下，表述出他的杰出工作的.人們很容易在評價(jià)一個(gè)杰出年輕人的成果時(shí)，全部忽略他可能從他的導(dǎo)師那里得到的偉大啟示，特別是從如此富有思想而又如此慷慨大方的玻恩的身上.我確信當(dāng)所有量子理論的歷史搞清楚、寫出來之后，人們會看到，玻恩教授實(shí)際所起到的作用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)在一般人所認(rèn)識到的.我是在充分欣賞、肯定海森伯教授的(甚至超越其所作所為)的前提下，這樣講的.”[7]

玻恩1970年元月去世，他的弟子、諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者瑪利亞·戈佩特在紀(jì)念文章中說過這樣的話：“玻恩的去世標(biāo)志著一個(gè)時(shí)代的結(jié)束；他是發(fā)展了原子結(jié)構(gòu)理論、致力于最早的量子理論研究，并最后看到它發(fā)展成我們時(shí)代的量子力學(xué)的那一代人中的最后一個(gè)成員.”[8]理解瑪利亞這段評價(jià)還要注意到一個(gè)事實(shí)，即此時(shí)長期以來一直被高調(diào)譽(yù)為量子力學(xué)創(chuàng)立者的海森伯尚健在.瑪利亞是較早清晰表述在建立矩陣力學(xué)過程中玻恩、海森伯以及約當(dāng)幾個(gè)人關(guān)系的人，即主導(dǎo)者是玻恩，而海森伯和約當(dāng)只是助手或合作者，海森伯不是引路人：“物理學(xué)最激動(dòng)人心的時(shí)代之一開始了.玻恩與海森伯以及約當(dāng)合作，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用玻爾-索末菲量子論解決問題時(shí)，存在力學(xué)上難以解釋的困惑和無法克服的困難.玻恩-海森伯-約當(dāng)?shù)木仃嚤硎雠c薛定諤的波動(dòng)力學(xué)具有不同的形式，但是很快(物理學(xué)家)指出了二者的等價(jià)性.相比而言現(xiàn)在通常認(rèn)為兩種理論中，玻恩-海森伯-約當(dāng)所選擇的途徑更加具有基本性.”[8]

科學(xué)史家薩頓曾說：歷史學(xué)家“必須盡一切可能來確定他所考察的事實(shí)是真的，而且已經(jīng)從包圍著它們的謬誤和廢物中把它們清理出來.”[9]在研究工作中，竭力追求去偽存真，接近史實(shí)并揭示史實(shí)，這應(yīng)該是史學(xué)工作者最基本的職業(yè)道德，史學(xué)研究的意義即建筑于這一追求之上.

3　朗德1933年曾竭力設(shè)法幫助玻恩

1933年玻恩被迫離開德國，進(jìn)入失業(yè)狀態(tài).之后他收到過一些邀請函，而第一封邀請函就來自在美國俄亥俄大學(xué)做教授的朗德.對此玻恩在他的回憶錄[10]以及為朗德紀(jì)念文集撰寫的公開信中都曾提到.

本文作者2014年7至9月在劍橋大學(xué)丘吉爾學(xué)院檔案中心收藏的玻恩檔案資料中,見到了幾封玻恩提到的當(dāng)年朗德寫給玻恩的信函.但是信函為手書，實(shí)在難以辨識.好在與這些信函在一起的還有一封1933年5月12日俄亥俄州立大學(xué)物理系負(fù)責(zé)人Alpheus W.Smith致玻恩的一封打字的正式邀請函.該信中提到：“我想你知道朗德教授還有托馬斯教授在這里，我們想在這里努力開展理論物理研究工作.”但是俄亥俄大學(xué)這幾位同仁只能為玻恩爭取到1933-34年度一個(gè)學(xué)期的訪問教授的資格，而不是長期的教職.而且這個(gè)訪問教授的收入(約2000至2500美元)，還不是由官方支付，而是這幾位教授從他們的個(gè)人經(jīng)費(fèi)中湊出來的.這位負(fù)責(zé)人說的很清楚，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)美國的經(jīng)濟(jì)情況相當(dāng)不好.當(dāng)時(shí)玻恩的好朋友愛因斯坦、弗蘭克等人都已在美國，愛因斯坦沒有好的辦法幫助玻恩，弗蘭克只能郵寄一些美元接濟(jì)玻恩.可見當(dāng)時(shí)要在美國得到教授長期教職何等困難.也可以想見朗德當(dāng)時(shí)已經(jīng)盡到了最大努力說服自己的同事們，可謂患難見真情.朗德當(dāng)時(shí)的想法是玻恩先來美國，然后再尋找其他機(jī)會.

在1968年為朗德紀(jì)念文集撰寫的公開信中玻恩回憶說，在困苦的時(shí)候，收到了朗德的信函后，他與家人十分激動(dòng)：“我難以描寫它給我們帶來了多大的快樂和安慰，它使我們感到我們沒有被遺忘.隨后其他的邀請也先后到來，最后我選擇了去劍橋大學(xué).因?yàn)槲矣性谀抢飳W(xué)習(xí)的經(jīng)歷，我熟悉英國人的生活方式.另外，那時(shí)在盧瑟福領(lǐng)導(dǎo)下的劍橋卡文迪什實(shí)驗(yàn)室是物理學(xué)的一個(gè)中心.我希望你沒有因?yàn)槲业臎Q定而責(zé)怪我.無論如何，你的邀請是最早的，因而也是最讓我感到溫暖的.”[4]

4　結(jié)語

薩頓曾說：“偉大的科學(xué)成就是罕見的，偉大的科學(xué)家更為罕見.當(dāng)它(他)出現(xiàn)的時(shí)候，敘述它(他)的偉大是重要的，從而形成高尚的榜樣……生動(dòng)地描述那些偉大的先驅(qū)和把他們樹立為人們所銘記、所崇敬的榜樣，是科學(xué)史家的職責(zé)所在.”[9]薩頓的這一思想應(yīng)該永遠(yuǎn)是科學(xué)史家的座右銘.朗德訃告的撰寫者說朗德是一位“不引人注意的、謙遜的、從不招搖賣弄的人”.[1]作為玻恩研究者，筆者認(rèn)為這樣的修飾語也很貼切地完全適用于描寫玻恩.人以類聚，這也許就是二人之間亦師亦友，朗德一生敬重并高度評價(jià)玻恩，玻恩賞識并多次幫助朗德的原因.這兩位謙遜而偉大的物理學(xué)家對于科學(xué)研究的專心癡迷，相互交往中的彼此關(guān)心與善意，彼此之間的感恩與感激、欣賞與敬重，都著實(shí)感人而堪稱楷模！

[1]Wolfgang Yourgrau.Alfred Landé[J].Physics Today,1976(5):82-83.

[2]Thomas S Kuhn, John L Heilbron, Paul Forman, et al.Archives for the History of Quantum Physics. Philadelphia: The American Philosophical Society Independence Square, 1967. E1 Reel 3.

[3]Thomas S Kuhn, John L Heilbron, Paul Forman,et al.Archives for the History of Quantum Physics. Philadelphia: The American Philosophical Society Independence Square, 1967. E1 Reel 7.

[4]Wolfgang Yourgrau edited. Perspectives in Quantum Theory——Essays in Honor of Alfred Landé[M]. Massachusetts: The MIT Press,1971：2-3.

[5]大衛(wèi)·C. 卡西第. 海森堡傳(上冊)[M].戈革，譯.北京：商務(wù)印書館. 2002：157.

[6]Max Born.The Born-Einstein Letters[M]. London:The Macmillan Press Ltd，1971：25.

[7]厚宇德，韓小菊，張德望.維納的哥廷根情緣及其與玻恩的彼此評價(jià)[J].大學(xué)物理，2015(3):36-40.

[8]厚宇德，張卓，趙詩華. 玻恩與瑪利亞·戈佩特的師生情誼[J].大學(xué)物理，2014(11)：38-43.

[9]喬治·薩頓.科學(xué)的歷史研究[M].陳恒六、劉兵、仲維光，編譯.上海：上海交通大學(xué)出版社，2007:49.

[10]Max Born. My Life[M]. London : Taylor & Francis Ltd，1978:256.

注：文獻(xiàn)[2]、[3]為20世紀(jì)60年代托馬斯·庫恩等人根據(jù)搜集的資料以及采訪近百位物理學(xué)家的錄音制作的微型膠卷，共19套分藏于世界各地，本文作者2009年曾在英國倫敦自然博物館圖書館研讀該文獻(xiàn).

Alfred Landé and the relations between Max Born and Alfred Landé

HOU Yu-de

(The Center for Studies of Song History, Hebei University, Baoding, Hebei 071002, China)

Alfred Landé was a good achiever as a theory physicists in 20thcentury. In his scientific career, many times he was appreciated, helped and nurtured by Max Born. When Born was persecuted by the Nazis and lost his job, Landé did his best to help Born. What Born did to Landé was a special example of the things which Born did for scientific talents. That Landé learned something and did some excellent research works proved Born was a good developer. Born and Landé were modest men, and all wrapped up in their research works. The moving stories between them shown they were full of flesh and blood. Whether being a good man or doing things, they were the great example in the world of physics.

Alfred Landé；Max Born；Landé g-factor

2015-10-22；

2015-11-13

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(11375050)資助

厚宇德(1963—)，黑龍江明水人，科學(xué)技術(shù)史博士，河北大學(xué)科學(xué)技術(shù)史教授、博導(dǎo)，中國科學(xué)技術(shù)史學(xué)會理事、中國工程史學(xué)會理事，主要研究方向?yàn)槲锢韺W(xué)史與物理文化.

《對玻恩及其學(xué)派的系列研究》連載

O 4-09

A

1000- 0712(2016)03- 0056- 05