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杨福家:哥本哈根精神

更新时间:2022-07-18 11:31:24
作者: 杨福家  

  

   中国共产党的优秀党员,著名核物理学家、教育家,中国科学院学部委员(院士),国际欧亚科学院院士,发展中国家科学院院士,中央文史研究馆资深馆员,第九届、第十届全国政协委员,第六届、第七届中国科学技术协会副主席,上海市科学技术协会原主席,复旦大学教授,复旦大学原校长杨福家同志因病于2022年7月17日8:32在上海不幸逝世,享年86岁。特转发本文,以资纪念。

  

  

   什么是哥本哈根精神?正像玻尔的互补原理一样,似乎很难找到一个确切的定义。

   玻尔的挚友、著名的物理学家罗森菲耳德对哥本哈根精神的定义是:完全自由的判断与讨论的美德。

   英国科学记者克劳瑟认为:“哥本哈根精神是玻尔思想的一种表达,它既具有不可超越的想像力,又具有极大的灵活性和完整的智慧鉴赏能力,它能无比迅速地领悟任何新思想的关键和价值。”

   澳大利亚物理杂志的编辑罗伯逊的看法是:“哥本哈根精神或许可以很好地被表征为玻尔给人的一种鼓舞和指导,它与聚集在周围的青年物理学家的才华相结合,体现了领袖与群众的互补关系。”“玻尔依靠他的洞察力和鼓舞力量,把他周围的人的聪明才智充分发挥出来。”

   传记作家穆尔则认为,哥本哈根精神是“高度的智力活动、大胆的涉险精神、深奥的研究内容与快活的乐天主义的混合物”。

   可以认为,哥本哈根精神的核心,是在玻尔创导下形成的“平等、自由地讨论和相互紧密地合作的浓厚的学术气氛”。

  

   抽象的定义与具体的例子总是互为补充的。下面让我们来看几个具体的例子。

   1922年6月,玻尔应邀赴德国格廷根讲学,德国一些著名的学者都前来听讲,盛况空前(后被称为“玻尔节”)。当时年仅20岁的大学生海森堡①,也随其导师索末菲从慕尼黑专程赶来聆听玻尔的演说。在玻尔的每次演讲未了,照例总有一段时间供大家讨论、提问。有一次,那位在大学里只读了4个学期的海森堡,对玻尔的一些看法提出了强烈的异议。玻尔一眼就看出,这些异议是经过仔细研究后提出来的,于是,这位在当时已享盛名的教授,在当天下午就邀请海森堡到附近山区散步,以便能对问题作深入讨论。在讨论中,玻尔既肯定海森堡的很多想法,又十分坦率地谈了自己的认识过程,还承认“我今天上午说得不够小心”,既讨论科学,又谈家常,使人感到十分亲切。最后,玻尔邀请海森堡到哥本哈根工作一段时间。

   海森堡后来回忆说:“这是我记得起的、对近代原子理论的物理内容和哲学问题所进行的第一次最为透彻的讨论,它显然对我今后的科学生涯产生了决定性的影响”,“我真正的科学生涯是从这次散步开始的。”

   玻尔则认为,他到格廷根讲学的最大收获是第一次遇到了两位有才华的青年人——海森堡和泡利②。

   海森堡接受邀请于1924年来到丹麦。不久,玻尔就陪他到哥本哈根北部小城旅行,欣赏丹麦西兰岛的优美风景。这位诺贝尔物理学奖的获得者,与刚从大学毕业的海森堡一起,背着小包,睡在小客栈里,从政治、地理讨论到哲学、物理。这就是玻尔研究所内师生关系的生动写照、“哥本哈根精神”的具体体现。

   玻尔靠了非凡的直觉能力,在1921年,量子力学建立之前,甚至更为惊人的,是在泡利提出不相容原理(1925年)之前,就用原子的量子论解释了元素周期表,预告第72号元素的存在。玻尔曾自信地说过:“我们必须期望第11个电子(钠)跑到第三个轨道上去。”可是,索末菲的学生、比海森堡大一岁的泡利,一点也不喜欢这种牵强的解释。他用了有两个惊叹号的句子加以批注:“你从光谱得出的结论一点也没有道理啊!!”泡利对玻尔的批评不讲情面,但是,玻尔却能“认真地对待这种含蓄的批评,决不因为受到挖苦而气馁”(罗森菲耳德语)。

   泡利的可贵之处就是敢于提出非常尖锐的批评,他后来成了近代物理学中最著名的评论家。他不管你有没有名望,都毫不客气地进行批评,有时甚至挖苦、讽刺,态度粗暴。海森堡曾说:“不知多少次,他(泡利)骂我‘你这个笨蛋’或者类似的话,这对我很有帮助。可是,我们总是好朋友,我们相互批评,从不见怪。”这个泡利,就是海森堡终身的朋友和科学上的批评者。

   在玻尔的邀请下,泡利在玻尔访问格廷根后就来到哥本哈根。玻尔让他评论研究所的各项工作,并高度评价泡利的作用,不管大事小事,总要去找泡利聊一聊。虽然研究所里很多人都怕泡利,但是,逐渐地,大家都开始珍视泡利的批评。甚至在泡利离开哥本哈根之后,他的每次来信都被看做是一件大事,在所内广为传阅。

   无疑地,玻尔、海森堡、泡利之间的合作对量子力学的发展起了不可估量的作用。正是他们,形成了哥本哈根学派的核心。

   1939年,哈恩发现裂变现象不久,玻尔就到美国去了。在那里,他与惠勒合作研究裂变理论。他们的研究结果表明,只有占天然铀0.7%的铀235能在热中子作用下引起裂变。这是一个十分重要的结论。为了从实验上加以证实,玻尔跑到纽约哥伦比亚大学去找费米,恰巧费米不在,但遇到了一位名叫赫?安德森的研究生。对于这样一位“纤细而恬静,还像孩子刚要成年时那么纤弱”(费米夫人语)的青年人,玻尔却能耐心地、不厌其烦地向他解释裂变现象的理论。玻尔的崇高威望和慈祥的态度对这位青年产生了巨大的影响:不仅激起了他对原子核的极大兴趣,而且通过他,使费米在终止了5年之后又开始了实验学家的生涯,并第一次在回旋加速器上进行实验。

   费米开始并不相信铀235在裂变中占主导作用,而倾向于铀238。玻尔首先看到铀235的重要性,但由此认为,在天然铀中要实现链锁反应是不可能的。费米的实验很快证明了玻尔的理论是正确的,铀235确是天然铀中能由热中子引起裂变的成分。但是,费米并不到此为止,他进而想出了巧妙的办法使天然铀的链锁反应得以实现。两位科学巨人互相取长补短,为原子能的人工释放迈出了决定性的一步,原子反应堆诞生了!可是,谁也没有想到,在这个重大问题上,在他们之间搭桥的却是一位青年学生,他是在哥本哈根精神的感召下跨入原子核王国的,后来成为发明原子反应堆的第二号人物。

   这些例子,还有许许多多例子,算是老生常谈了。甚至到了60年代初,笔者在玻尔研究所内还从不同人那里至少听了好几遍,但却总是百听不厌!它们确是哥本哈根精神最生动的体现。

  

   哥本哈根精神是怎样产生的呢?为了回答这一问题,有必要回顾一下尼耳斯?玻尔是怎样创建玻尔研究所的。

   在1913年玻尔发表划时代的三部曲《原子和分子结构》之后,邀请书纷纷来到了玻尔的手中:1916年,美国加州大学邀请玻尔去工作,英国曼彻斯特大学校长聘请玻尔去任职;1918年,卢瑟福写出“私人信件,本人亲启”的邀请信,以“把曼彻斯特办成现代物理研究中心”、“年薪200英镑(相当于玻尔在丹麦收入的两倍)”为前提,再次请玻尔去英国任职。导师和挚友卢瑟福的邀请,对于玻尔当然具有很大的吸引力,但是玻尔回信道:

   我非常喜欢再次到曼彻斯特去。我知道,这对我的科学研究会有极大的帮助。但是我觉得不能接受您提到的这一职务,因为哥本哈根大学已经尽全力来支持我的工作,虽则它在财力上、在人员能力上和在实验室的管理上,都达不到英国的水平。……我立志尽力帮助丹麦发展自己的物理学研究工作……我的职责是在这里尽我的全部力量。

   1920年,玻尔又婉拒了来自柏林的邀请,那里的普朗克③愿意为他提供一个与爱因斯坦相当的职位。

   玻尔一心一意致力于在自己的国土上建立一个物理研究所。1921年3月3日,在近代物理史上有重大影响的玻尔研究所终于宣告成立。在成立大会上,35岁的所长——玻尔说道:

   ……极端重要的是,不仅仅要依靠少数科学家的才能,而且要不断吸收相当数量的年轻人,让他们熟悉科学研究的结果与方法。只有这样,才能在最大程度上不断地提出新的问题;更重要的是,通过青年人自己的贡献,新的血液和新的思想就不断涌入科研工作。

   正如澳大利亚学者罗伯逊所指出的:“这些话,在很大程度上抓住了研究所在今后岁月中应起的主要作用。年轻的丹麦和外国物理学家所带来的新思想和新朝气,在玻尔及其周围有经验的一批合作者的指导下,不久就转化为丰硕的成果。”在人口不到500万的一个小国里,出现了与英、德齐名的国际物理中心,并一直被许多物理学家誉为“物理学界的朝拜圣地”。

   这个圣地的中心人物,当然是尼耳斯?玻尔。他事业心极强,日以继夜地工作,但又幽默好客,不摆架子。他爱才如命,到处物色有希望的青年人来所工作。他积极提倡国际合作,以致被人誉为“科学国际化之父”。

   在他的研究所里,既有22岁当讲师、27岁当教授的海森堡和作为“上帝的鞭子”的泡利,又有开玩笑不讲分寸的朗道④,以及“几乎把画漫画、做打油诗作为主要职业,而把物理倒变成副业”的伽莫夫。

   哥本哈根的气氛使人感到繁忙、激动、活泼、欢快、无拘无束、和蔼可亲。哥本哈根精神随着量子力学的诞生而诞生,并成了物理学界最宝贵的精神财富。

  

   注释:

   ①海森堡,德国物理学家,诺贝尔物理奖获得者。

   ②泡利,奥地利物理学家,诺贝尔物理奖获得者。

   ③普朗克,德国物理学家,诺贝尔物理奖获得者。

   ④朗道,前苏联物理学家,诺贝尔物理奖获得者。

  

   (作者为中国科学院院士)

  


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