恩师索末菲

更新于 2026年10月13日 版权声明
恩师索末菲

泡利到达慕尼黑两个多月之后,索末菲在写给奥地利时的同事吉特勒(Geitler)的信中说:“我早已听说维也纳知识界对这位年轻人的赞扬,这是一位维也纳医学化学家的儿子,虽然只是一个一年级的新生,但是他的才智远胜德拜(Debye,是索末菲的第一个助手)。”[7]

索末菲对泡利赞赏有加,从另一个侧面也得到了证实。1959年6月22日,在泡利去世后,物理学家梅特纳(Meitner)在写给泡利遗孀弗兰卡(Franca)的信中说:“1921年,我在龙德(Lund)遇到了索末菲,他告诉我,他得到一个天才的学生,只是因为德国学校的规定,这位学生不得不‘坐等’6个学期,才有可能拿到博士学位。”[8]

索末菲研究所位于慕尼黑大学的校园内,在索末菲精心治理下,这个研究所成为一个几乎与外界混乱时局隔绝的学术天地。从培养计划到课程设置,索末菲安排得井井有条。他的经典物理课分为6个部分,以6个学期进行,三年一个轮回。此外,还增加了每周2小时的特殊专题课,专门用于讨论当前的热门课题。在索末菲的影响下,1928年,泡利在担任苏黎世联邦理工学院教授时,也效仿索末菲设立了循环课程,并把讨论热门课题的研究课程移植了过来,所不同的是,他的课不在上午,而是午饭以后进行。

战时的生活环境极为恶劣,索末菲不仅坚持上本科和研究生课,还要亲自编写教材。多年以后,他在回忆录中说,“在那个战争年代,我决定为这些课程编撰教材……没有这一工作,我几乎不可能忍受战争动乱的煎熬。”[9]很遗憾,由于战时资金紧张,这些教材的纸质太差,留下的已经残破不全。索末菲逝世后,他的学生波依普(Boyp)和梅克斯诺(Meixner)做了大量的收集、整理、补充与修订,最后出版了一整套索末菲研究生教材,它们不仅成为经典,而且被译成英文和俄文广为流传。

尽管外界局势混乱不堪,但是在索末菲这里,孩子们像是生活在自己的家里,索末菲就是他们的“父亲”,孩子们都称他为“研究生之父”,他也称这些学生为他的“孩子”。他对学生非常尽心,尤其对那些被他看中并具有天赋的优秀学生。他的第一个助教是德拜,德拜后来成为康奈尔大学教授,1936年获得诺贝尔化学奖。

泡利到来时,索末菲的助教是爱瓦尔德(Ewald)。1912年,爱瓦尔德从索末菲手里拿到博士学位一年后,到哥丁根成为希尔伯特的助手。接替爱瓦尔德的是格里格·温策尔(Gregor Wentzel),温策尔既是泡利的老师,也是泡利的好朋友。

在索末菲的手下,泡利并不是一个非常用功的学生。在这里,他养成了晚睡的习惯,有时常到午夜才入睡,第二天很晚才起床。除索末菲的量子物理课以外,他很少听上午其他的课,有时索末菲的课也只能听个结尾,或者只能看到板书。索末菲对此很容忍,对泡利不规律的生活习惯,从没有批评过一个字,还特意把他认为对泡利重要的课,例如每周1小时的“特征光谱”课,放在周一下午进行,这个时间当然对泡利是最合适不过的[10]。(https://www.daowen.com)

索末菲并不担心泡利的学位,除了了解他的能力,更理解这是泡利在“坐等”博士学位的无奈。对于泡利自己,也有点事出有因。20多年后,当他提起这段生活时,他说:“我(那时)不能原谅一些物理学家,他们已经知道了玻尔的量子理论的那些基本假设,可还是沿用自己原有的经典方式思考问题。”[11]

索末菲希望泡利尽早进入研究状态,他叫泡利研究一个令他自己极为头疼的问题,这就是利用玻尔—索末菲原子模型修改关于氢分子的电离理论。索末菲要求泡利从理论上解释,在电离时两个氢原子间的电相互作用。果然不出索末菲所料,泡利的理论分析相当完美,不仅立论清晰,推演也无懈可击,唯一存在的也是最致命的问题是:所得的结果与实验数据不符。无奈,泡利推倒重来,又做了第二次尝试,还是不相吻合,这使泡利非常灰心。

在索末菲“特征光谱”课的启发下,泡利的博士论文也与此相关,这是一个相当艰难的课题。索末菲经常说,物质的光谱好比“琴弦”,它们用“乐声”向人们诉说自己的事。而泡利就是想要知道,在这些“琴弦”的背后到底是什么。

他的学位论文课题是讨论氢分子系统的电离能。为此他自修了“多体理论”。后来,这一理论不仅成为他的拿手好戏,而且在多个课题上都获得了应用。根据“多体理论”的要求,他把氢分子看作由两个核与两个电子组成的四体系统,其中两个氢核由一个虚拟的“形状轴”(figure axis)连接,两个电子在其中值平面上做绕核转动。根据平衡的需求和向心力的需求,他做了一系列的复杂计算,最后导出氢分子的电离能。这篇论文不仅有严密的物理逻辑,还有高质量的数学推导以及对结果的精密分析,论文最后还对旧原子量子理论提出了关键性的追问。这篇高质量的论文使泡利顺利拿到了博士学位。

索末菲对他的学生要求很严格,但他对这些男孩子的“点拨”却是不露痕迹的,从泡利的来信可以看出这一点。1938年12月5日,在索末菲70岁生日的时候,泡利给他的恩师寄来一封非常感人的信。信中说:“就像我第一次见到你时那样,你对我只要皱一皱眉,虽然仅有的那么几次,就立刻使我对你产生深深的敬畏,这是我多年藏在心里的一个秘密,这也是这么多年来,为什么你能一直这么成功地鞭策着我的原因。从1919到1921年的那段日子里,你真是为我们操碎了心。想起那一段愉快的学生生活,我认为,没有你的爱护,我将一事无成。你对我的‘点拨’,特别是你向我提到的那个数列,2,8,18,32……真是让我花了很多时间,直到不相容原理最后的发现,才算把这个谜团解开。”[12]

像索末菲教导过的所有男孩一样,泡利对索末菲怀着深深的崇敬。很多年后,在泡利的一篇回忆录里,他说:“是他(索末菲)给了在慕尼黑的这些男孩们以灵感与生气,以致这些人后来分散到了大西洋两岸的很多国家,始终诚挚地感谢他所传承的优秀传统。这一传统必将再传承给更年轻的一代,以至他们的子子孙孙。”[13]

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