话说20世纪的物理学江湖,出现了两个新门派,一曰量子力学,一曰相对论。
两个新门派迅速壮大,代替了经典物理而成为了物理学新的支柱性门派。
江湖,注定恩恩怨怨,厮杀连连。
某时,相对论掌门爱因斯坦独力挑战量子力学新总舵---哥本哈根学派,但以失败而告终。
爱因斯坦余生一直研究破解哥本哈根学派的著名功夫“测不准原理”,但屡屡失败,“上帝是否扔色子”的问题无法定论。
除此之外,爱因斯坦创造的相对论,因为与牛顿传下的武学理不符,太过深奥奇诡。遭到武林一大批人反对。纷纷叫嚣封杀爱因斯坦。而狭义相对论数学上的缺陷也让爱因斯坦头疼不已。
在腹背受敌之际,爱因斯坦决定去找量子力学的开山鼻祖,慕尼黑学派的掌门人,在经典物理与数学方面均有重要成就的索末菲。
不错,今天我们要介绍的主角就是有着大师之大师之称的索末菲,同时也是号称物理史上最“悲剧”的物理学家。
为什么,索末菲能力够强,地位够硬。20世纪初的物理大牛排前十的起码有五个是他的学生,剩下五个有三个即使不是他学生,也在研究院里当过老师或者助教。
当然,自己说自己厉害并没有什么用,总得拿个什么奖来证明一下自己吧,索末菲从1917年就开始了征服诺贝尔奖之路,到1951年去世,34年里,索末菲共获得81次诺贝尔奖提名。
然而这好像并没有什么用,索末菲1929年获得9次提名,硬碰也能碰到一个吧,然而才发现德布罗意提名了12次。1932年提名5次,结果自己的学生海森堡一脸蒙圈把奖拿了。1934年,终于凭借提名6次,笑傲群雄的索末菲无限憧憬地等待着诺奖的消息,结果、结果、那年颁奖取消了。就这样跌跌撞撞到了1951,83岁高龄的索末菲凭借四次提名再次屠榜诺奖,这次所有人都觉得非他莫属,地位够高吧,贡献够强吧!
然而,索末菲在和孙子散步的时候,因车祸去世,所以,诺贝尔奖就这样......飞了......所以专业陪跑小李子算什么有木有,起码小李子还圆梦了。
提名诺奖21次的村上春树看到这里表示自己心里平衡多了。
索末菲应该最懊悔的是,很多次都是被自己的学生干翻在地,虽然学生牛自己也很开心,可是、可是,学生都得了,老师还没有得是怎么回事!我们可以来看看,索末菲究竟教出了多少诺奖人才。
1914年硕士生冯劳厄获诺贝尔物理学奖
1932年,博士生海森堡获诺贝尔物理学奖
1936年,博士生德拜获诺贝尔化学奖
1944年,硕士生拉比获诺贝尔物理学奖
1945年,博士生泡利获诺贝尔物理学奖
1954年,硕士生鲍林获诺贝尔化学奖
1962年,硕士生鲍林获诺贝尔和平奖
1967年,博士生贝特获诺贝尔物理学奖
据说1944年诺贝尔物理学奖得主伊西多·艾萨克·拉比也是索末菲学生......
其中沃尔夫冈·泡利和维尔纳·海森堡还是开宗立派的大师。除了这些获得诺奖的大牛,对X射线作出贡献的爱瓦尔德,数学矢量里经常见到的楞次等等也是索末菲的学生。
索末菲至少有21名博士生在自己的专业领域内做出了重要贡献,这些事实都有助于解释为什么玻恩曾说,索末菲的技能包括“天赋的发掘”,以及为什么爱因斯坦曾对索末菲说:
“我特别佩服你的是,你一跺脚,就有一大批才华横溢的青年理论物理学家从地里冒出来。”
在这里,和大家分享一个有趣的故事,大家都知道,20世纪毒舌之王非泡利莫属,就连爱因斯坦都怕泡利,怼天怼地怼空气的泡利是让几乎所有物理大佬头疼的科学家,“我觉得爱因斯坦并不完全是愚蠢的”怼的爱因斯坦不敢回嘴。
至于对待学生就更加霸道严苛了,泡利有一次检查学生论文,直接把论文还给学生说:“这连错误都算不上(Not even wrong)”。
而唯一能够收拾泡利的也就只有索末菲了,索末菲是泡利极度尊重的人,泡利不仅从未批评过索末菲, 甚至终其一生都在索末菲面前谨守着弟子礼仪。 哪怕当他早已成为极有声望的物理学家之后, 只要索末菲走进他的屋子, 泡利就会立刻站起, 甚至鞠躬行礼。
泡利的言行就都变成了 “是, 枢密顾问先生”“ 是, 那是最有趣的, 虽然我也许会倾向于稍稍不同的表述。 我可不可以这样来表述?”
看一向霸道的泡利在索末菲面前像一只乖顺的小绵羊,是学生们最爽的时刻。
所以索末菲不需要懊丧,因为凭借这过硬的教学能力,获得了最有含金量的吉尼斯记录,教导诺奖学生最多的老师。
那索末菲究竟是一个什么样的人,简单来说就是一个非常帅的典型德国绅士。
这个人非常喜欢跨界,流体力学、量子力学、相对论、甚至我们现在很熟悉的X光,都有着他的身影。
第二次世界大战前在德国教书的所有物理学家中,有三分之一在索末菲的研究院里做过学生或助教。这些大牛包括劳厄、德拜、沃尔夫冈·泡利、维纳·海森伯、保罗·埃瓦尔德、汉斯·贝特、格雷戈尔·文策尔、瓦尔特·海特勒、福里茨·伦敦、卡尔·贝歇尔特以及外国学者爱德华德·康顿、埃西多·拉比、爱德华·泰勒、劳伦斯·布拉格,都是物理界鼎鼎有名的大牛,当然,还有我们最最熟悉的爱因斯坦。他们的名字足可铺成一条 20 世纪物理学的星光大道。
也正因为如此,让他拥有非常超然的地位,可以说在物理学界堪比是张三丰般的存在,地位高,研发能力强,教的弟子水平也好。
不过即使抛开他的弟子,索末菲的地位也是靠自己的实力挣来的,许多贡献也的确是诺奖级别的。
首先是对流体力学湍流问题的思考,其次是对量子力学的奠基作用,对原子结构及原子光谱理论有巨大贡献。对陀螺的运动、电磁波的传播峙别在衍射力以及金属的电子论也有一定成就。
索末菲对数学衍射理论也做出了重大贡献。1912年,他建议自己的学生埃瓦尔德在博士研究中探索在原子晶格中,波长处于光学区域的电磁波的行为。根据维恩和索末菲的一些理论来看,X射线的波长可能大约为10-11米,并且他们认为X射线属于电磁波。当时,正在索末菲研究所进行博士后研究的劳厄在与索末菲的讨论中萌生了一个想法:当穿过晶体时,X射线应会产生衍射图样。后来,索末菲的助手弗里德利希以及学生尼平进行了这项实验。在1912年的6月8日,索末菲向慕尼黑科学院展示了X射线的波属性。
虽然是量子力学的开山鼻祖,索末菲很早就在论战之中站在了爱因斯坦的一边,可以说,如果不是索末菲等人的力挺,爱因斯坦在提出狭义相对论的那几年,在物理学家的群起攻击之下,迟早被物理学界封杀。
而索末菲不仅亲身力挺,表示爱因斯坦是他罩的,他也一直在尝试让量子力学与相对论相结合。给予狭义相对论更踏实的数学基础,帮助解释这理论的正确性,使许多仍旧持有怀疑态度的物理学家能够心服口服。
量子学派奠基人:索末菲与玻尔
索末菲以他惊人的科学眼光,发现了爱因斯坦相对论的伟大之处。还不断尝试以相对论去解决其他物理问题。他对玻尔的理论提出修正,即引入了电子的椭圆轨道,在作这样的修正时,他把爱因斯坦的相对论应用于高速运动的电子。
这样,相对论和普朗克的量子都在这种原子模型中找到了自己的位置。被称为“玻尔—索末菲模型”。
索末菲最引人注目的成就之一,是在狭义相对论的框架内对类氢原子的研究,这为氢原子的精细结构提供了理论解
他在解释氢原子轨道运动时,借开普勒轨道运动思想,引入了椭圆运动概念,首先提出第二量子数(角量子数)和第四量子数(自旋量子数),并且提出精细结构常数和开创了X射线波动理论。
自此,量子力学与相对论之间的论战虽然还未停止,但是,狭义相对论与量子力学却在20世纪初完成了联姻。
相对论和量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化,它们共同奠定了现代物理学的基础。相对论极大的改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念,而索末菲是首个想尝试将相对论与量子力学进行结合的科学家。
讲课中的索末菲
但是其建立的玻尔—索末菲模型,虽然其结果虽然正确,但是是基于错误的原理得出的正确结果,这小小的瑕疵成为索末菲一生的遗憾。这也成为索末菲没有获得诺贝尔奖的重要原因。
索末菲比普朗克年轻十岁,比爱因斯坦年长十岁多一点,他是辉煌一代的德国物理学家的一份子,尽管身处动荡不安的时代,却为量子物理学的诞生、发展与整合做出了决定性的贡献。
可以这么说,没有特斯拉就没有现代工业文明,更没有我们现代化的生活;同样,没有索末菲就没有精细结构常数,就没有现代量子力学。
除此之外,他还为整个科学界输送了大量的科学人才,为20世纪科学大繁荣作出了卓越的贡献,堪称20世纪物理学界的“无冕之王”