迟到的诺贝尔奖

更新于 2026年10月12日 版权声明
迟到的诺贝尔奖

1953年,玻恩从爱丁堡大学退休回到了德国,在哥丁根附近的培芒特(Pyrmont)定居下来。这是一个被起伏的田野和成片森林包围的温泉小镇,一条威悉河(Weser river)从这里穿过,风景优美,安静温馨。玻恩夫妇曾在这里度过蜜月,对这个地方充满怀念。此地离哥丁根不远,但也不是太近,便于写作、读书,不会受到过多的搅扰。

次年年底,因对量子力学理论的基础性贡献以及波函数的统计性诠释,玻恩获得了当年的诺贝尔奖,与他同时获奖的还有美国物理学家博特(Bothe)。此时玻恩已经72岁。距离他做出这一著名成果已经过去了20年,应该说,这是一个迟到的诺贝尔奖,也可以说,海森堡、薛定谔和狄拉克那次的获奖是一个不完整的诺贝尔奖,因为玻恩的工作被完全忽视了。

关于诺贝尔奖,无论是被忽视的上次,还是迟到的这次,玻恩自己的感受一直埋在心里,很少向外界提及,即使在他的自传中,也没有表露出一个字,仅在自传后记中,儿子古斯塔夫为自己的父亲写了几句寥作说明[130]。实际上,诺贝尔奖在玻恩的心头所造成的创伤并不亚于他一生中的另两次灾难,一次是他的婚姻危机,另一次是被纳粹逐出德国。为了说清楚玻恩与诺贝尔奖相关的事,不得不从21年前说起。

1933年11月有消息传出,狄拉克、薛定谔和海森堡将要获得诺贝尔物理奖。狄拉克和薛定谔的获奖是根据他们“对原子理论的新发展所做出的贡献”,而海森堡的得奖是由于“量子力学的发展与应用”。玻恩对此感到十分困惑不解,这无疑给他的一生又留下了一道伤痕。他曾对自己的长子古斯塔夫说:“(这件事)曾深深地刺伤了我。”[131]

玻恩写信祝贺了海森堡,不久,收到了海森堡带有歉意的感谢信,玻恩在复信中再次祝贺了他。海森堡在随后的复信中是这样说的:“亲爱的玻恩,过了这么长时间我没给你回信,也没有感谢你对我的祝贺,部分原因是我实在无法面对你,感到自己太没有良心了。这一工作是哥丁根合作的成果,是你我和约旦共同完成的,然而却只有我一个人拿到了诺贝尔奖。这件事已经成了事实,它使我感到很愧疚,真不知该对你说些什么才好。对于咱们的合作,对于所获得的成果,我由衷地感到高兴,那是一段值得怀念的美好时光。我相信,一切有良知的物理学家都会知道,在构建量子力学中你和约旦所做出的贡献。这个错误决不会改变外界的看法。同样,我自己,虽然无法改变这个事实,但还是再次感谢你,感谢咱们所有的合作,并为了这个奖感到羞愧。全心地祝福你,海森堡。”[132]

从这封信可以看出,海森堡是真心感到惋惜,对玻恩的感谢之情也出自肺腑。他深知玻恩对量子力学的贡献,深知关键时刻玻恩的帮助,是玻恩指出海森堡计算中的乘法不可交换法则,从中发现量子力学中的矩阵关系,是他首先与约旦一起完成了关键性的理论推导,那时海森堡正在阿尔卑斯山滑雪,如果不是玻恩和约旦的工作,狄拉克将抢先一步发表,哪里会有“海森堡的矩阵力学”呢?但是在希特勒统治下的德国,海森堡无法直接对玻恩表白,这封信是他从瑞士苏黎世发出的,所署的时间是1933年11月25日。

接到这封信,玻恩感到心中涌起一股暖流,他在复信中说:“接到这封充满友情的信我非常高兴。它证明了我们多年的合作关系,为这一合作,我始终感到荣幸。”[133]玻恩在写给奥本海默的一封信中,表明了他对这次诺贝尔奖的理性态度,他说:“事实上,只有我们这三个曾经一起合作的人,才能真正知晓在建构量子力学理论中,各自的贡献到底是什么,然而这三个人谁也没有为此纠缠。我们既没有为此争辩,也没有心存妒忌。”[134]同样,早在1933年夏,玻恩就曾对埃伦菲斯特说:“在量子力学建成的初期,我就意识到这是个重大的发现,其中包括关键的矩阵运算、微扰计算和变换关系等。这是我、海森堡与约旦共同获得的成果,而其中的数学计算大约有90%是由我和约旦完成的。”[135]

玻恩所说的“关键的矩阵运算”,就是指量子力学相关因数间乘积的不可交换关系

图示

这一基本关系对量子力学理论的构建至关重要,它由玻恩首先发现,成为玻恩对量子力学的重要贡献之一。玻恩的另一个重要贡献就是量子力学对波函数的统计性诠释。他和约旦在量子力学理论基础方面的工作决不能被看作无足轻重,相反是具有决定性与开拓性的。

玻恩是量子理论创建的领衔人物之一,作为量子理论矩阵力学的重要发现人和波函数统计性诠释的提出人,为什么会被瑞典皇家科学院漏掉,这不得不引起人们对诺贝尔奖人选内幕细节的思考。

诺贝尔奖经费来自军火商阿尔弗莱德·诺贝尔的遗产。他生于1833年,1896年去世,从未结婚,财产达3100万瑞典克朗(大约相当2.3亿美元),诺贝尔奖(文学、化学、物理学、医学或生理学、和平)的基金,就来自这笔巨款的利息。依照诺贝尔的遗嘱,该奖项由瑞典皇家科学院、瑞典卡罗琳斯卡医学院、瑞典文学院和挪威议会这四个机构负责评审,其中瑞典皇家科学院负责诺贝尔物理学和化学奖。该院的物理诺贝尔委员会和化学诺贝尔委员会各有5名成员。他们只有提名权没有表决权,最后获奖者由全体委员无记名投票决出。物理奖和化学奖全体委员会共有300名成员,主席由科学院院长担任。

在一般人的心目中,诺贝尔奖是公正而纯洁的,不含商业性,不具偏见也不受各种压力的影响。像任何事物都不可能做到绝对完美那样,如果仔细追究,在诺贝尔奖的提名和评审中,也不免找出些许瑕疵。

其中最令人好奇的,也是诺贝尔奖的关键是提名的程序。依照规定,候选人必须经过正式提名,既不准自我推荐也不准从中贿赂。整个提名过程分三轮进行。第一轮提名由各诺贝尔奖委员会向世界各地有关科学家征询候选人提名。在世界范围内,有2000—3000名知名科学家受到诺贝尔奖提名的邀请,提名时间是从9月到次年的1月;第二轮提名从2月开始到8月终止,由各委员会对第一轮名单进行遴选和评审;第三轮从9月开始,由瑞典皇家科学院召开院士大会,经过一系列竞选后,在10月进行投票,11月中宣布结果,整个提名过程持续了1年多时间。(https://www.daowen.com)

在海森堡、狄拉克和薛定谔获奖的时候,瑞典皇家科学院关于物理诺贝尔奖的评选纪录还处于保密状态,无从知晓获奖名单中没有玻恩的原因。4年过去了,1932—1933年的提名过程逐渐浮出水面。人们发现,其中的一个重要原因在于玻恩的物理学界同仁,特别是其中的权威人物。

在诺贝尔奖的4年选拔中,海森堡与薛定谔获得了多次提名,而玻恩仅有1次。其实,提名的次数也并不全是问题的关键,在1933年以前,狄拉克连1次提名也没有获得,在1933年中,他也仅有2次[136]。后来证实,比提名次数更重要的因素来自玻恩的老朋友卡尔·奥辛(Carl Oseen)。

从1922—1944年,奥辛一直是瑞典科学院物理科学委员会的5名成员之一,而这个委员会的作用相当重要。首先,他们掌握采集来的大名单的遴选权,这是提名三关过程中最关键一关,经他们之手,筛选出成员名单并排成顺序之后,再介绍到18个物理组中进行竞选。事实证明,竞选的结果与所介绍的名单顺序相比,通常没有太大变化,最后再把竞选后的顺序名单递交瑞典皇家科学院做最后一轮竞选。

奥辛是一位优秀的理论物理学家,但他又是一个“精明的机械论者”(a shrewd manipulator),具有强烈的经典物理倾向。1929年,在量子力学呈现崛起之势的关键时期,奥辛曾为物理科学委员会写了一份关于理论物理研究的评价报告,由于委员会的其他成员对理论物理的进展不甚了解,他的看法带有方向性和指导性,因而是至关重要的。在这份报告中,他认为,量子力学“从理论系统性上就是不充分的”,“从逻辑上看,还不足以被考虑,相反,比较起来对于物质的波动性研究,倒具有更重要的价值”,他向委员会介绍了德布罗意的波动理论,但这一理论被实验证实则是后来的事[137]。

第二年,即1930年,玻恩和海森堡同时被联合提名,奥辛又提出了若干理由否定了他们。这几个理由是:1.如果考虑他们,那就需要同等对待薛定谔;2.矩阵理论太艰涩,很难有人读得懂;3.根据玻恩与约旦所发表的《基本量子力学》的誊印本,他认为约旦的贡献也很大,如果把这个奖颁给玻恩,那约旦也应该包括进去,然而在当时约旦没被提名。其实,这些理由均不重要,最重要的是奥辛本人并不看好量子理论中的矩阵力学与量子跃迁,他更看重薛定谔的波动力学。

又过了两年,奥辛不得不承认量子力学的矩阵理论确实是一种革命性的突破,但他强调,这个理论既不是什么发现,也不是什么发明,如果为此颁奖将与诺贝尔的初衷相违。此外他更强调,尚不能肯定量子力学就是一个完整的结果,因为它不能包容相对论。就这样,在前后几年的提名中,奥辛不仅提出了许多理由反对量子理论,还摆出了不少理由反对玻恩的提名[138]。

然而,理论物理学特别是量子力学的飞速发展,最终使瑞典皇家科学院发现,量子力学矩阵理论的成功构建给了他们很大的压力。到了1933年秋,奥辛最终不得不表态,海森堡是矩阵理论的最初创始者,应当获得诺贝尔奖荣誉,而狄拉克和薛定谔在海森堡和德布罗意的基础上,又分别做出了卓越的贡献,应当获得联合奖,其中特别是狄拉克,奥辛强调“他不仅处于这项研究的先锋位置,首先识别出这个大胆的假设,而且与玻恩和约旦相反,他是完全独立完成的”。他还强调“尽管狄拉克的工作完全平行于他的同行——‘德国人’,但这是一个高水平的杰作”。由于当年没有玻恩的提名,就这样,在海森堡的运算中,实际发现矩阵力学关系的玻恩就这样被完全忽视了。

1934年,玻恩和泡利被联合提名,提名玻恩的理由是晶体点阵理论和量子力学,提名泡利是根据他的不相容原理。奥辛对玻恩的提名持回避态度,他认为晶体点阵理论只是某种“演绎的结果”,而这个结果也可以在德拜、麦德朗(Madeluang)、艾瓦尔德(Ewald)和其他一些人的类似工作中找到。至于玻恩的量子理论,奥辛认为,玻恩只是这个理论的初步发现者,在其早期成果中,所做出的只是一些数学证明,而没有什么物理上的延伸,如果计入后面的成果,那就必须把约旦加进来。就是在这一次,奥辛又一次忽略了玻恩对波函数的统计性诠释。虽然在此之前,他曾认为这是一项重要的贡献,但是这一次他却强调,普朗克对这种诠释持反对态度[139]。结果,奥辛的这个判断得到了委员会的支持,于是玻恩的诺贝尔奖就这样“从身边滑过去”了。

其实,客观分析,造成这种局面的原因是多方面的。近5年来,玻恩个人的研究状况每况愈下,他的“精神崩溃”使他一度远离科研;哥本哈根诠释又把他的成果“吞噬”了进去;在科研上,海森堡的行动清楚而完整,其个人魅力使他更具有竞争性。在这方面这个学生远优于他的老师,他能在玻恩的数学基础上,清楚而完整地坚持走完最后一步,在这一点上,不能不说是受到了玻尔的影响[140]。

在玻恩的诺贝尔奖问题中,具有影响力的还有爱因斯坦。普林斯顿的外尔(Weyl)写信对爱因斯坦说,玻恩在量子力学上的贡献被完全忽视了,诺贝尔奖委员会没有给他足够的重视。但是,外尔并不知道,在1933年的诺贝尔奖提名中,爱因斯坦只提了薛定谔。在1928年,爱因斯坦曾提议海森堡、玻恩和约旦分享当年的诺奖,但在这三人中,爱因斯坦认为海森堡的贡献更大[141]。事后,作为多年的好友外尔劝告玻恩说:“这个诺贝尔奖确实从你的身边滑过去了,但是你也别太难过,海森堡和薛定谔确实走到了你的前面。”[142]

诺贝尔奖曾一度使玻恩失意,但他很快从失意中解脱了出来,埋头于新电磁场理论的研究。1933年圣诞节期间,他写信给希尔伯特,告诉他一切还好,只是很思念家乡,并对希尔伯特说,他的新电磁场理论与广义相对论吻合,为此他兴奋不已。他说:“这一灵感来自于你30年前关于变量微积分的一次讲座,更来源于你的那令人神往的乐观精神。人们必须相信,只有脚踏实地一步步地走,才能最终揭示自然的秘密……然而这一切都不能忘记,必须以实验事实作为线索,人们不能仅靠奇迹般的猜想找到自然界的‘真实’。”[143]

正如玻恩所说,不靠奇迹,不靠猜想,脚踏实地一步步地走,去追索自然的真实,这成为玻恩一生的座右铭。1970年1月5日,玻恩去世,在他的墓碑上,镌刻着这样一个等式

图示

这个不对易的矩阵乘积关系,见证着玻恩对量子力学理论的基础性贡献。

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