在爱丁堡大学

更新于 2026年10月13日 版权声明
在爱丁堡大学

1936年冬,玻恩一家来到了苏格兰,他们很快喜欢上了这个地方。这里不仅有城镇,也有茂密的森林和广阔绿原,更有人迹罕至的大片山坡和丘陵地。从住所走出不到10分钟,即可来到景色自然天成的好莱坞公园。更令玻恩没有预料到的是,他竟然在这里度过了二战前、二战时和二战后三个阶段长达17年之久的生活。

由于二战爆发,玻恩作为敌战国的一个德国人,在德国之外的活动受到限制,同时作为一个犹太人,在德国会受到更加严酷的迫害,玻恩无他处可去,这里是他能找到的最合适的地方,离开此地他很难期望能过上平和的日子。正因如此,苏格兰成为他一生中连续停留最长的地方。

爱丁堡大学自然科学研究所坐落在称为“老学院”的学校大楼旁边,它由应用数学研究所和实验物理研究所,也叫自然哲学研究所两部分组成。自然哲学研究所的两位主任分别是物理学家巴克拉(Barkla)和数学家惠特克(Whittaker),他们在这个职位上已经25年了。巴克拉是一位实验物理学家,1917年,因元素X射线放射性质的发现获得当年诺贝尔奖;而惠特克也是一位享有盛名的资深数学家。

来到研究所之后,玻恩与施拉普(Schlapp)合作,给本科生上课。施拉普的父亲是位德国教授,施拉普早年随父亲移民英国,在英国长大,他的人缘很好,朋友们都叫他罗宾(Robin,报春鸟,又叫知更鸟)。他不仅是位非常亲和、有教养的人,也是一位优秀的教师,他不愿意发表论文,甘愿维持初级职位全心致力于授课。他的课受到学生的欢迎。按照玻恩自己所说,他的课与施拉普形成反差,效果并不很好,这里的教学传统与外面,特别是与德国相差很大,无论是授课方式、辅导方式还是考试方法,甚至出试题和阅卷的规矩都有明显差异,有些玻恩不理解,有些也不适应,对付这些课他感到很头疼,再加上英语的德国口音和语速太快,使学生对他的课常有抱怨,为此他一度被迫中断了研究[125]。

尽管教学上不太适应,但是玻恩的到来,也带来了外面物理学的新进展,特别是量子力学和固体物理发展的新动向与新课题,吸引了许多学生慕名前来就学。这些学生来自世界各地,有澳大利亚、印度、埃及、美国、阿根廷、法国、中国以及其他许多国家,但令人奇怪的是,本地的苏格兰学生却不多。在爱丁堡的17年中,玻恩只有两个苏格兰的学生,他们最终也放弃数学物理而转向了其他专业。

1937年底,来到爱丁堡4个月之后,玻恩一家的生活安定了下来。不久,玻恩又有了两个助手,一个是犹太教主的儿子凯勒曼(Kellermann),这是个很有能力的物理学者,玻恩曾与他一起研究氯化钠晶体点阵动力学,这是科学界首次利用频谱计算对离子点阵结构进行的研究。玻恩的另一个助手是福克斯(Fuchs),这是个福音派牧师的儿子,他更活泼也更聪明些。这两个人都是从德国被解救出来的。不久,玻恩与福克斯的研究有了新的进展,他们借助范德瓦尔斯状态方程,对数学家迈耶尔(诺贝尔奖得主葛蓓特的丈夫)的凝聚态系统的动力理论论文提出了质疑和修改,并研究了黑体辐射的起伏涨落,以此为基础,他们打算把量子论与相对论结合起来,以创建基本粒子理论,其中涉及的电子电磁质量问题仍然是玻恩的兴趣所在。(https://www.daowen.com)

从宇宙射线的实验现象可知,与粒子能量相关的质量是其静止质量的数倍,玻恩由此估计到,这种粒子的速度几乎接近光速。由于高速,即使速度的变化很小,其动量和能量的变化也很大,玻恩认为,这两个变量间的关系将有更重要的意义。他想把这种关系用于经典力学,使经典力学得以发展。他把这个想法称为“互易性原理”(reciprocity principle)。这一时期,玻恩在英国皇家学会进展杂志发表了几篇论文,但他自己并不肯定这些是否对未来科学的发展有一定的价值[126]。

值得一提的是在爱丁堡时期玻恩的中国学生。他的第一个中国学生非常用功,名叫彭桓武,玻恩回忆说:“他是一个有着突出才智的学生,在发表了几篇论文之后,获得了博士学位。我记得,有一次在理论探讨中,他出了点错误,被发现以后,感到很沮丧,决定放弃科学研究,打算为中国人写一部《自然科学百科全书》。他想通过这部书介绍西方科学的重要发现和研究方法。我告诉他,依我看这个目标对于一个人来说简直是太庞大了,他却回答说,1个中国人可以顶10个欧洲人……他说他讨厌政治,宁愿回到中国隐居到乡间,安静地做事不被打搅,然而事情的发展却完全是另外的样子。”[127]

正如玻恩所说,事情的发展的确是完全另外的样子,彭桓武在都柏林薛定谔的高级研究所又拿到了教授职称,被选定为海特勒(W.Heitler)继任教授以后,他却回了国,成为中科院的数学物理学部委员,近代物理研究所、原子能研究所、高能物理研究所和理论物理研究所的研究员,继续进行核物理、固体物理、量子力学在金属、场、核和分子等领域的研究,对分子结构提出了以电子键波函数为基础的计算方法,为中国的核物理研究做出了开拓性的贡献,60年代还参与了核武器研制工作。

玻恩的另一个中国学生是黄昆。按照玻恩自己所说:“黄昆不能说是我的学生,因为他在利物浦已经成为弗洛里克手下英国化学工业研究所的研究员,是弗洛里克建议他到我这里度假,顺便学习关于晶体点阵结构的一些研究方法。”在这以前,玻恩本打算从量子原理出发,写一部关于晶格动力学的专著,但他事情繁忙且年事已高,这一工作几度中断。经过与黄昆的短暂接触后,玻恩发现他不仅精通这门学科,而且有深邃见解,于是将自己散碎的手稿交给黄昆,最终由黄昆完成这一专著《晶格动力学》[128]。

玻恩还有另外两个中国学生,一个是程开甲,另一个是杨立铭。在玻恩的回忆录中说:“这两个学生是完全不同于彭的类型,如果说彭(桓武)的科学头脑具有非常神秘的天赋,但他在精神上却十分简单,像个憨厚的乡下农民,而这两个人却像绅士那样精致、典雅,受教育程度很高。他们不仅在数学上有很好的训练,在物理上也很有天赋,但他们都还没有到达彭的水平。”[129]程开甲后来成为英国化学工业研究所的研究员,回国后,先后在浙江大学、南京大学担任教授,在固体物理研究以及核武器研制上都做出卓越贡献。杨立铭与玻恩合作,研究了原子核幻数,并进行了流体理论的统计性研究,其成果受到国际物理界的重视。回国后在北京大学物理系任教,长期从事核理论研究及物理教育工作。

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