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尼尔斯·玻尔:物理学背后的人生

2020-03-03 00:24:30

 

  今年是丹麦物理学家尼尔斯·玻尔(NielsBohr)提出的氢原子结构模型问世100周年。
  
  为纪念这一科学史上的重要事件,在杨福家院士的推动下,上海市科协日前在科学会堂举办了纪念玻尔原子结构模型诞生100周年座谈会。尼尔斯·玻尔的孙子、在美国国立健康研究院(NIH)从事衰老研究的维尔海姆·玻尔(VilhelmBohr)先生与来自上海核物理、自然科学史等方面研究教学的专家、学者交流座谈。
  
  维尔海姆·玻尔在会上的演讲生动展示了尼尔斯·玻尔这位与爱因斯坦齐名的大科学家的人生故事。现征得演讲人的同意,刊载本次演讲的主要内容及相关图片,以纪念物理学史上这一重要事件。
  

 ——编者

 

  维尔海姆·玻尔
  
  我今天主要是讲一些自拍AV视频 我祖父尼尔斯·玻尔在量子理论提出前后的生活片段,他所接受的教育、他的成长过程,以及他为什么能够在量子物理学发展中起到突出的作用。为纪念原子结构模型问世100周年,今年10月在丹麦哥本哈根我们有一系列的活动,包括在丹麦皇家科学院举办一个大型纪念活动,杨福家教授和世界很多著名学者已受邀参加。
  
  我祖父的家庭及生活环境
  
  我给大家看的一些片子,大多数都是用丹麦文的,少数的转化成了英文,这么做也是希望大家更好地了解尼尔斯·玻尔所处的文化环境,因为他是在丹麦,我们就要用丹麦的那种本土语言来描述。
  
  同时感谢我的父亲奥格·尼尔斯·玻尔,他也是诺贝尔物理学奖的获得者(1975年),很多的照片都是他提供给我的。同时也要感谢我的兄弟汤姆斯·玻尔,他是物理学家,现在尼尔斯·玻尔研究所工作。
  
  我的曾祖父克瑞斯·玻尔(1855-1911年),是一位造诣很深的生理学家,在哥本哈根大学任教,他发现了血红蛋白在血液的不同环境下如何与氧气结合与分散。他在哥本哈根有自己的实验室,搜集了各种科技的最新进展,同时他有一个爱好,就是把不同学科的科学家请到家里,畅谈科学上的各种热点问题。这种家庭式的、对科学热点问题的探讨,对还在求学年代的尼尔斯·玻尔有很深的影响,引起了他对科学的兴趣,他也参加了各种科学热点问题的讨论。我的曾祖父有3个孩子,尼尔斯是他的二儿子。
  
  尼尔斯·玻尔跟哈那德·玻尔是两兄弟,两位都是卓有成就的学者,哈那德·玻尔是数学家,专攻数学分析,应该说他是哥本哈根大学最受学生欢迎的一位教授。两兄弟尽管专业不同,但是他们兄弟关系非常好,他俩在一起有很多对科学和人生问题的探讨,在任何重大决策之前,尼尔斯总是要讨教他的这位兄弟。
  
  两兄弟都喜欢踢足球,这是非常独特的。尼尔斯是守门员,哈那德是非常出名的前锋,而且效力于丹麦国家队。这种既是大学数学系教授、又是国家足球队队员的双重身份非常奇特。
  
  这里我跟大家讲一个小故事,因为尼尔斯在学术上的成就,有一次丹麦国王召见了他。召见时,国王说:“尼尔斯·玻尔教授,我们听说你是一个非常著名的足球运动员”。尼尔斯回答说:“陛下,非常感谢,但是我必须要纠正您,著名的足球运动员不是我本人,而是我的兄弟”。大概是接见前,国王的随从特地指点了一下,国王必须要重复说玻尔是一个著名的足球运动员,所以他再次说道:“玻尔教授,我们还是深知你是非常著名的足球运动员”。然后我祖父又不得不再次纠正一下,“非常抱歉,国王陛下,实际上我的兄弟才是真正的当之无愧的足球运动员”。问题是国王会见大概都有一个指定的议题,所以国王又重复了一次:“玻尔先生,我听说你是一个非常著名的足球运动员”。尼尔斯也非常固执,他说:“国王陛下,非常非常抱歉,我的兄弟才是足球运动员,我本人当不起这个盛誉”。然后国王没办法了,只能说“我们的会见就此结束。”
  
  受益于嘉士伯的资助
  
  尼尔斯·玻尔的原子模型研究主要奠基于剑桥大学。事情源于1913年,我祖父希望到剑桥大学去学习一段时间。为此他就想申请嘉士伯基金,嘉士伯是丹麦非常著名的啤酒制造厂家,它同时也支持科学的进步和研究,所以他提出了这个申请。
  
  现在大家都有过写申请基金的经历,起码来说有10页或者更厚一点,要详细地描述自己的研究路径和一些细节,而当时尼尔斯写申请基金就很简单的一句话,我希望能够申请2500克朗,然后到国外的大学学习。两句话就解决了,最终他拿到了2500克朗的基金。
  
  我祖父和祖母是一个卓越的组合,他俩是最好的终身伴侣。玛格丽特是尼尔斯很多时候的顾问和指导,他们一起来探讨一些问题,同时给他很多的帮助。他们之间有很多书信的联络,这些信件都留存在我们研究所的档案馆。为配合今年原子结构模型诞生100周年纪念,我们家族今年陆续公布了尼尔斯·玻尔的一些资料,包括尼尔斯写给玛格丽特的书信当中很多诗样的词句,我们今年还专门汇编了一本展示尼尔斯在文学、诗歌方面造诣的书。
  
  1912年,经玛格丽特一个兄弟的牵线,玛格丽特与尼尔斯订婚。尼尔斯婚后住到了嘉士伯家族所建造的豪宅,他们搬进去以后搞了一个很大的派对,邀请了很多人来参加。这套住房位于哥本哈根的市中心,是嘉士伯啤酒厂创始人所建造,他功成名就之后就把房子捐给丹麦皇家科学院,由丹麦皇家科学院来选择值得住这个皇宫的人,免费提供,并且可以免费享用嘉士伯啤酒。这的确是一个豪宅,有漂亮的卧室,有很多的会客室、起居室,还有一个书房。我祖父在这里安排了各种社交活动,包括丹麦国王、女皇都会到这里来,著名的音乐家也会到这里来。当然也包括一些同行科学家,包括海森堡等。
  
  爱孩子、喜欢边抽烟斗边思考
  
  尼尔斯·玻尔非常博学,也非常谦虚,同时他非常爱孩子,我们在他的面前玩足球,他也会花很多的时间跟我们一起玩。我们家经常可以见的一种情景是:我祖父和父亲在讨论一个物理学难点问题时,我的兄弟汤姆斯·玻尔也在那里学着写解题的物理公式。(见上图)
  
  尼尔斯最大的一个孩子科瑞斯特不幸在沉船事故中意外死亡。为了摆脱这种痛苦,我们全家每年都到挪威去滑雪,我祖父教我怎么滑雪。
  
  尼尔斯·玻尔很喜欢抽烟斗,他的照片经常有一根大烟斗相伴。我的记忆当中他的习惯动作就是不断地装烟丝、点烟、吸了以后敲烟斗,他就是边做这些动作的时候,边在思考物理学上的一些难题。因为他出名的点烟斗的习惯,在他70岁生日的时候,丹麦火柴厂专门送给他一个集纳了各种火柴的模型,供他长久地享用。也正因为我祖父的这个习惯,也导致了有这么一个趣事:有一次,尼尔斯在纽约街上走路的时候,后面有一个人过来说,老先生,你兜里着火了,原来他点了烟以后,忘记灭掉就把烟斗放在衣兜里面,引发了一场小小的火情。
  
  当年在哥本哈根大学里的A会堂,我祖父他们会举办很多物理学方面的论坛和讨论,参加者大都是泰斗级的人物。尼尔斯也是一个非常著名的公众人士,丹麦的报纸上经常把他作为一个开玩笑的对象,有很多自拍AV视频 他的有趣的漫画。有一幅讲的是尼尔斯接受白象授勋,漫画旁的文字说尼尔斯是非常聪明的人,他能把原子分解成各种颗粒,就连大象也能被他分解成颗粒。
  
  1924年,尼尔斯和玛格丽特在丹麦北部购了一幢别墅,作为他们度假所用。别墅里面专门有间小屋子是他工作的地方,即使在渡假的时候他也是在这个小屋子里工作,到大房子就是吃饭。他的工作方式是这样的:他总是在那里不断地踱步,不断地点烟,想到什么就说出来,然后有一个年轻的助手就在那里记录,所以他是在不断的散步中逐步完成思想的整理过程。
  
  当年的成功今天还能复制吗
  
  尼尔斯·玻尔一生最大的贡献,应该是在1913年所构筑的原子结构模型,以及他创建哥本哈根大学理论物理研究所,这一研究所在上世纪20~30年代成为世界物理学研究的中心。二战期间,尼尔斯·玻尔首先是从丹麦逃到瑞典和英国,然后到美国参与了原子弹的研制。战后,尼尔斯希望这个世界变得更好,为此,他花了大量的精力,专门给联合国写了一封公开信,提出为了使人类尽可能避免战争,应确保信息的透明和公开。
  
  如上所述,哥本哈根大学理论物理研究所(1965年玻尔去世3周年时,哥本哈根大学物理研究所被命名为尼尔斯·玻尔研究所)在20世纪20~30年代是整个世界物理学研究的中心,先后有32位诺贝尔奖获得者曾受益于这个中心或在那里工作过。这也是今年10月纪念玻尔模型问世100周年活动希望探讨的主题:怎样的环境和文化可以产生这样一种科学进步的奇迹?今天,我们有没有可能复制这样一种奇迹?
  
  我个人认为,奇迹的创造除了他们努力工作外,也与玻尔研究所那种鼓励人们大胆想象的环境和积极进取的氛围以及享受生活的态度和无后顾之忧的物质保障等有关。
  
  另外科学界非常关注的一件事,就是当时海森堡主持原子弹制造过程当中和玻尔之间究竟发生了什么事情,外界都不熟悉这后面的背景故事,1962年尼尔斯·玻尔专门写了一封信,来解释当时他对这些事件的一些观点和看法,只是这封信没有发出去。这封没有发出去的信现在在我们的网站上已经公开了。
  
  自拍AV视频 尼尔斯·玻尔更多的资料,我们有一个专门的网站,大家有兴趣可以去看一下。
  
  现场问答
  
  提问:提到尼尔斯·玻尔,海森堡可能是一个经常会被提到的名字,他俩是亦师亦友的关系,又同为在科学史上留下巨大影响的大科学家,但是二战中他俩分属两大敌对阵营,在原子弹的研制上他俩都是各自阵营的领军人物,特别在二战关键时间,他俩有过一次世人瞩目的见面,但有关的详情外界一直不太清楚,就您所了解情况,怎么来评述这两位大科学家之间的关系?
  
  维尔海姆·玻尔:海森堡是在上世纪20年代来到丹麦的,他成为了尼尔斯·玻尔亲密的朋友,我们曾经把他看作家人之一,他和尼尔斯大儿子成为了密友。应该说海森堡非常睿智,他在数学上面特别有想法,建立了很多数学模型。经过在丹麦多年的培训以后,他回到了德国。1941年10月,海森堡再次来到哥本哈根。当时二战正酣,德军已占领了法国、丹麦等,德国可以说处在巅峰时刻。当时海森堡来丹麦,是德国文化学会邀请他到哥本哈根作一个物理学讲座。当然,玻尔研究所没有一个人出席这个讲座。这以后海森堡坚持要拜访尼尔斯·玻尔,就在嘉士伯豪宅里面,海森堡专门和尼尔斯吃了一顿晚饭,我祖母和我父亲都参加了。当时他们在晚宴上主要探讨的还是物理。席间,海森堡宣称德国将会占领或者主宰整个世界,所以他希望丹麦的物理学家和他们加入在一起,来支持或者是在德国开展物理学研究。玛格丽特对海森堡这么宣称非常愤慨,但是尼尔斯并没有表现出他的愤怒。关键一点,当时海森堡认为尼尔斯对怎么制造原子弹已经有了一些基本构想,所以他此行的目的之一是怎么从尼尔斯·玻尔那里打探到一些原子分裂及怎样制造原子弹的基本理念和想法。另外,海森堡一直搞不清楚尼尔斯是怎么想的,会不会将来跟他一起合作。当时德国的一些犹太裔物理学家都想法逃离德国,我祖父在帮助他们逃到当时的中立国瑞典方面起了作用。
  
  战后,在表现这段科学史的话剧作品中有这样一个片段,说海森堡犯了一个错误,在计算制造原子弹所需要的质子数量上多算了100倍,所以尼尔斯就不明白海森堡当时的意图是真正为了帮助希特勒还是祸害希特勒,因为众所周知海森堡是非常杰出的数学家,犯下这么一个显而易见的差错,显然不可能。
  
  战后海森堡在整个物理界是非常不受欢迎的一个人物,他自己死前也一直搞不清楚为什么会这样。历史上留了很多疑点大家一直弄不清楚,譬如,为什么尼尔斯·玻尔1941年在哥本哈根与海森堡会面时,没有表现出对后者的愤怒,因为尼尔斯本身是一个犹太裔,照理来说他对德国在战争中的暴行是非常愤慨的。或者可以理解为这是学生和教授之间的关系,导致他们保持一个非常好的朋友关系。
  
  尼尔斯本人对这种现象也有很多反思,1961年到1962年年初的时候,尼尔斯专门就这段事情写了一封信给海森堡,因为当时海森堡到处遭人嫉恨,所以他没有发出这封信,也从来没有发表过这封信。我祖父对人一直是比较正面,他总希望看到别人积极的一面,所以他不愿意批评人,也不会从一个负面的角度看人,他认为每一个人就他本身而言总是尽力而为。
  
  提问:自拍AV视频 尼尔斯·玻尔对宗教的看法。据我所知,国际上不乏有知名科学家表达过对科学和宗教之间共通性的兴趣,认为对宗教的认同与对科学的探索是不矛盾的,想问一下尼尔斯·玻尔对此是取什么立场和态度?
  
  维尔海姆·玻尔:根据今年发布的很多尼尔斯·玻尔的一些家信,包括他和他的父亲对有些问题的思考和探讨,应该这么说,尼尔斯·玻尔是不信上帝的,或者他比较明确地说过,他认为作为一个科学研究者,他不相信有什么超乎于世外的一种特殊的、超越一切和能够掌控一切的力量。所以在这方面他是基于这种认识作科学探索。不过从我祖母玛格丽特的角度来说,她出生于丹麦普通的家庭,他们深受宗教的影响,但是他们两人的结婚仪式是很具新意的,在1912年那个时候很多丹麦人都是在教堂举办婚礼的,只有他们两个人在民政厅里举行了婚礼,在1912年就能够走出这一步很不容易。总体来说,尼尔斯·玻尔非常信赖、相信哲学,包括宗教当中有关哲理、哲学的一部分,他也是非常地尊重和相信。但是他本身不是一个虔诚的宗教信徒。
  
  提问:我想问一下为什么是你们家族,而不是其他家族,取得了很大的成就。是不是在孩子教育方面有一种特殊的家庭教育方式?
  
  维尔海姆·玻尔:当我们家庭聚会或是用晚餐的时候,我的祖父经常会在饭桌上提出一些问题,然后让我们来思考和计算。比如说我们在吃晚餐时,我祖父就会提出一个问题,我们的车时速是每小时60公里,我们开到上海的距离是30公里,你要帮我计算出我们要开多少时间能到上海,诸如此类的一些问题。他喜欢讲笑话,但是他在讲笑话的过程当中也要你去挑刺、挑战。他经常给一些让我们开动脑筋的小问题,尽管好像在不知不觉的过程当中,没有认为你在思考,但是实际上让你不断地面对各种问题,让你从不同的视角来应对不同的挑战。
  
  提问:现在我们国家对出一些创新性成果需要怎样的环境非常重视,经常要举的一个例子,就是尼尔斯·玻尔和哥本哈根学派。杨福家教授也在各种场合下介绍尼尔斯·玻尔和他的哥本哈根学派,在我们国内对创新的认知起了很大的作用。上世纪20~30年代,哥本哈根大学理论物理研究所曾经先后聚集过30多位诺贝尔奖获得者,成为世界物理学的中心。这么一个不大的机构,能够成为世界物理学研究中心,一定是有道理的。您刚才也讲到,玻尔研究所也在思考今天如何能够再营造这样一种创新环境,这个问题在中国更为迫切,希望能够得到您的一些建议。
  
  维尔海姆·玻尔:这是一个非常好的问题,但也是非常重大的一个问题。我们也一直在探索、思考,我们怎么样来重复这样一个发展路径,能够在一个非常小的机构当中集聚顶级的科学家,在一起产生出思想的火花。自拍AV视频 这一点我也有一些观点和大家分享。
  
  我是这么想的,首先,作为一个科学的领导者你必须足够的聪明(brilliant),当然这个世界有太多太多聪明的科学家,所以仅此还不够。还需要第二种秉性,就是开放(openness),也就是对新的思维、新的想法要有开放的心态,对不同的观点、不同的有争议的问题也要开放。接下来是h,h有两层含义,第一个是会幽默(humor),因为从事科学研究有很多的压力,你必须能够从中找到乐趣,能够幽默,只有幽默能够帮助你解脱压力和紧张;h的第二个解释也就是谦虚、谦卑(humility),有很多的科学家往往自视甚高,尽管他口头称自己非常谦虚,但是内心里不把别人当回事。而玻尔是从心底里感觉别人有很多好的地方,比他做得好。所以h很重要的一点就是谦虚。最后一点可以归结为r,r就是资源(resource),做科研要有丰富的资源,这里讲的资源不仅仅是指有能力申请到基金,也包括在精神上是富足的和体格健康。正因为具备这些,尼尔斯可以百分之百地集中于深究、探讨解决物理上的难题。而以上几个单词合起来恰好就是玻尔的名字:Bohr。
  
  除了科学的领导者必须具备的一些基本特征外,还有一点也很关键,就是能抓住时机。上世纪20~30年代是物理学发展的一个顶峰时期,吸引很多顶级的人才和精英参与。从现在看,可能生物学是处在这么一个顶峰的时期,能否抓住机遇还要看你有没有所需要的平台,和一种适合的氛围和环境。
  
  我有一个感觉,很多中国的年轻人到美国留学,成为海归后,他们太多地关注于发表科学论文,太多地关注于影响因子有多高,而缺少一种人格魅力,一种能够吸引和集聚科学精英的人格魅力,成为这样一个中心恰如其分的领导人和创始者,中国在这方面好像缺得很多。
  
  (本版文字除署名外均由江世亮根据现场录音速记文字整理,特别鸣谢本次座谈会特邀现场翻译林建华教授)