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返朴

一个富豪缔造的科学梦想，其精神延续了上百年

返范明约 15 分钟

人们总会想起那张“物理学史上最伟大的合影”：爱因斯坦、玻尔、薛定谔……几乎整个现代物理的奠基者都在场。而这场被称为“最牛物理学会议”的聚会，源于一位对科学怀有忠实信念的比利时实业家——欧内斯特·索尔维。他凭借自己的发明积累财富，又以满腔热忱推动科学事业发展，为科学家搭建思想碰撞的舞台。一个世纪后，“索尔维会议”的精神仍在延续。

撰文 | 范明
2025年是量子力学百年华诞，被联合国大会定为“国际量子科学技术年”。一个世纪以来，量子力学从根本上改变了人类对物质结构及其相互作用的认知，与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱。在量子世界中，光具有波粒二象性，粒子的位置和动量无法同时精确测量，而相距遥远的粒子间可以存在量子纠缠。
量子力学起源于20世纪初马克斯·普朗克（Max Planck）关于黑体辐射、阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）关于光电效应等 “旧量子论” 的研究。1920年代中期，尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）、维尔纳·海森堡（Werner Heisenberg）、埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger）、保罗·狄拉克（Paul Dirac）等人正式建立了现代量子力学的完整数学框架，马克斯·玻恩（Max Born）是在科学文献中最先给出术语 “量子力学” 的物理学者[参见Born, M. Über Quantenmechanik. Z. Physik 26, 379–395 (1924)]。
关于量子力学的发展，不能不提到极负盛名的“索尔维会议”以及它的赞助人——欧内斯特·加斯顿·约瑟夫·索尔维（Ernest Gaston Joseph Solvay，1838-1922）。特别是在1927年的第五届索尔维会议上，几乎所有奠定了量子力学的基础、对量子理论近代发展做出贡献的著名科学家都出席了这次会议，因此被誉为 “最牛物理学盛会” 。
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图1 第五届索维尔会议合影
今年五月的一天，笔者在比利时首都布鲁塞尔 City Walk，路过欧洲区的利奥波德（Leopold）公园，偶遇公园池塘边一座折衷主义风格的两层楼房。楼前的牌子上说明这里以前是索尔维生理学研究所，现为埃米尔·雅克曼（Émile Jacqmain）中学主楼。第五届索尔维会议就在这栋楼房里举行，牌子上还贴出了当年在楼前拍摄的那张“物理学历史上最伟大的合照”（图1），将世界顶尖物理学家齐聚一堂的场景展现得淋漓尽致。
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图2 第五届索维尔会议会址（笔者摄）
索尔维的发明和创业
欧内斯特·索尔维是比利时重要的发明家、工业化学家和实业家，索尔维公司（Solvay & Cie）的创始人。他于1838年在比利时勒贝克（Rebecq）出生，1922年逝世于布鲁塞尔首都大区的伊克塞勒（Ixelles）市镇。19世纪下半叶正值第二次工业革命的黎明，人们笃信通过科学和工业实现社会进步。托马斯·爱迪生（Thomas Edison）、阿尔弗雷德·诺贝尔（Alfred Nobel）、亚历山大·贝尔（Alexander Bell）以及索尔维等人都是这一时期的标志性发明家和企业家。
索尔维虽然是当年的比利时首富，却始终认为财富并不是最终目的，致力于成为一个科学的传播和推动者才是他毕生的追求，并将科学视为自己的“第五个孩子”。他捐出万贯家财，创办了多个教育机构，支持了许多福利设施，成为当时科学研究的伟大赞助人和社会进步的推动者，享有国际盛誉。
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图3 欧内斯特·索维尔的肖像（左）和塑像
索尔维的父亲亚历山大·索尔维（Alexandre Solvay）是一位商人、采石场主和盐厂经营者。索尔维自幼受父亲影响，对物理、化学和自然历史着迷，但他在16岁时因病退学，无法进入大学学习。尽管如此，索尔维还是得到了中学的科学教授、毕业于蒙斯矿业学院（l’École des Mines de Mons）的马卡杜斯（Macardus）修士的指导。他自学化学和工业流程，经常参加化学和物理方面的公开讲座、参观工业博物馆和理工学院。
索尔维21岁时进入叔叔的煤气厂工作，他在实验中把煤气废液加热，释放出氨和二氧化碳，将氨溶解到盐溶液中析出碳酸氢钠，再通过煅烧碳酸氢钠产生出碳酸钠（Na2CO3），即俗称的苏打或纯碱。索尔维曾回忆道：“我打算制造当时很昂贵的碳酸铵，但是没有成功。我想起小时候的盐，就将它们在试管里溶在水中摇晃，结果得到了苏打。”
苏打的故事如同炼金术一样，可以追溯到古埃及，人们从干涸的湖床中提取泡碱，用于制作木乃伊和玻璃。然而到了18世纪末，这些天然资源已无法满足肥皂、纺织和玻璃等行业对碳酸钠的需求。1791年，法国医生尼古拉斯·勒布朗（Nicolas Leblanc）开发了一种生产碳酸钠的工艺，人们在工业上使用硫酸、盐水等原料来生产纯碱。然而这种方法成本高昂，产品纯度较低，而且对环境有害，探索制碱新方法的需求一直存在。
索尔维将简单的实验室工艺转化为可扩展的工业生产的突破性方法，于1863年成功申请了专利，用于生产天然状态下极为稀少的碳酸钠，这一方法称为“氨碱法”或“索尔维法”。碳酸钠是许多工业应用中必不可少的化合物，索尔维法不仅降低了生产成本，还最大限度地减少了对环境的影响，至今仍是制造碳酸钠最重要的化学工艺。
索尔维在比利时库耶（Couillet）建立了第一家工厂，后来又在法国南锡建造了一座更大的工厂，他与兄弟阿尔弗雷德·索尔维（Alfred Solvay）以及融资合伙人一起奠定了日后化工王国的基础，索尔维工艺成为改变化学格局、刺激经济增长的基石，代表了现代精密化学工程的开端。在经历了初创时期的艰难岁月后，索尔维公司从1870年起开始向英、德、俄、美等工业化国家扩展业务，迅速发展成为当时最大的跨国公司之一。
20世纪初，全球95%的纯碱均使用索尔维法生产 。20世纪上半叶，公司安然度过两次世界大战。索尔维的创新理念不仅彻底改变了纯碱生产，更奠定了公司在瞬息万变的世界中不断革新、锐意进取的基础。经过160多年的发展，当今的索尔维集团已成为全球化工行业的领导者。2023年，索尔维分拆为两家独立公司，其特种化学品部门由Syensqo接管。
伟大的科学赞助人和推动者
1967年之前索尔维公司一直保持合伙制经营模式，管理层几乎全部由索尔维家族成员组成。索尔维率先在自己的工厂中建立了社会保障体系：1878年起为工人及家属提供免费医疗服务、病假工资和工伤赔偿，1899年为工人提供养老保障，1908年开始八小时工作制，1913年引入带薪假期并开展职业再培训，由此勾勒出一种基于劳动力市场组织及国家参与的社会结构。
索尔维晚年成为一位政治家和慈善家，1889年当选为比利时国会参议员。他主张人人完全平等，极力倡导教育、科学和社会福利改革。索尔维还创建了许多社会项目，1914年他与比利时其他工业家和银行家一起创办了国家救济和粮食委员会并担任主席，在第一次世界大战期间为比利时的物资供应发挥了重要作用。1918年11月，比利时国王阿尔贝一世（Albert I）任命索尔维为国务大臣。
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图4 1913年索尔维（前排中）、他的长子阿曼德（ArmandSolvay，后排中）
和侄子路易（LouisSolvay，后排左），以及公司管理层其他人员
1897-1899年间，索尔维赞助了比利时的第一次南极探险，探险队发现的一条山脉以他刚出生的孙子欧内斯特-约翰·索尔维（Ernest-John Solvay）的名字命名。索尔维是一名登山爱好者、比利时阿尔卑斯俱乐部成员，他于1904年捐资在阿尔卑斯山脉马特洪峰（Matterhorn）上建造了“索尔维避难所”（Solvay Refuge）。这是瑞士阿尔卑斯俱乐部拥有的最高山间小屋，海拔4003米。
索尔维的慈善事业始终专注于科学和教育，在其全球工业基地为儿童安排并资助了日托、小学和夏令营。1913年，为庆祝索尔维集团成立50周年，集团向欧洲、美国和刚果的大学捐赠了巨额善款，并在布鲁塞尔建立了一所工人教育学院，为最有天赋的员工提供奖学金。杰出的洞察力与好奇心还促使索尔维资助了一系列研究项目，包括玛丽·斯克沃多夫斯卡-居里（Marie Skłodowska-Curie，图1前排左三）的放射性实验 。
索尔维年轻时不得不克制住对“纯粹科学”的浓厚兴趣，专注于工业中使用的技术，索尔维公司是他涉足科学技术的第一个地方。在初创时期由于缺乏化学专业知识，他经常求助于布鲁塞尔的化学教授，并保持了长期合作关系。物理学是索尔维最热爱的科学，他曾研究自创的“引力-物质”理论，尝试开发将蒸汽冷凝产生电力的电机等，但均由于缺乏严谨性及违背科学原理而失败。尽管普遍不被认可，索尔维从未失去自信。他花费巨资进行个人研究，终其一生乐此不疲。
索尔维不是一个置身事外的赞助者，而是以尽职尽责的组织者的身份，致力于推动纯粹科学和应用科学的发展。他深受美好年代（Belle Époque）科学主义和实证主义的影响，其看似杂乱无章的各种科学探索，实际上源于统一的哲学理念。索尔维的伟大梦想是通过整合物理化学、生物生理学和社会学这三个学科，建立一个普遍的科学秩序。他逐渐意识到依靠专业人士的重要性，成为布鲁塞尔自由大学的主要赞助人，在该校创立了社会学研究所（1894）、生理学研究所（1895）和索尔维商学院（1903）。
索尔维在社会科学方面的投入对于19世纪末哲学和法学领域布鲁塞尔学派的诞生发挥了重要作用。由于索尔维以及多位银行家和科学家的支持和资助，布鲁塞尔科学城在布鲁塞尔自由大学老校区——美丽的奥波德公园正式落成，由著名建筑师设计的各个研究所的建筑散布公园各处。
20世纪初，索尔维和比利时国王共同创立了用于科学研究的比利时国家基金会，他的热情特别体现在布鲁塞尔国际物理和化学研究所（1912-1913）的创建过程中。物理和化学是索尔维事业的起源，这两门学科也成为最后受益于其资助的领域，为此他建立了一个本地团队和国际专家网络。在德国物理学家和化学家瓦尔特·能斯特（Walther Nernst）的建议下，索尔维出资创立了以自己的名字命名的国际学术会议。其法语正式名称是Conseils Solvay，即“索尔维理事会”。与早期物理学会议不同，索尔维会议是一个仅限于为数不多的受邀者参加的研讨会，就基础科学的特定主题进行讨论，旨在为解决异常困难的学术问题做出贡献。
索尔维国际物理和化学研究所就是在此基础上应运而生，以1911年第一届索尔维会议模式为基础，研究所负责定期组织索尔维会议。索尔维在世时一共举办了1911年、1913年和1921年的前三届索尔维物理学会议。在他去世前一个月的1922年4月，举办了第一届索尔维化学会议，讨论了同位素与放射性、分子结构与X射线、分子结构与旋光性、价键以及化学迁移率。索尔维公司的许多办公室墙壁上都挂着图1那幅真人大小的第五届索尔维物理会议合影，以此纪念公司的历史传承及其对科学事业的奉献。
划时代的索尔维会议
1900年，德国物理学家普朗克（图1前排左二）在研究黑体辐射时首次提出能量量子化假说，光作为能量波的经典理论受到挑战，爱因斯坦（图1前排左五）1905年发表的光电效应研究也支持这一假设。1911年10月30日至11月3日间召开的首届索尔维会议以 “辐射与量子理论” 为主题，邀请了23位当时欧洲最杰出的物理学家，其中有3位诺贝尔奖得主、7位后来获得诺奖（玛丽·居里计算两次）。索尔维在开幕式上提交了自己不断完善的“引力-物质”理论文章，希望能够进行讨论，然而这一提议并未被采纳[参见Eur. Phys. J. Special Topics 224, 2075–2089 (2015)]。
由于语言和文化的障碍以及强烈的民族自尊心，在当年的欧洲物理学界，学术讨论限制在德、法、英的不同科学圈内，相互之间缺乏理解和交流。第一届索尔维会议打破了这些壁垒，在1902年诺贝尔物理学奖得主、通晓多种语言的会议主席亨德里克·洛伦兹（Hendrik Lorentz，图1前排左四）帮助下，与会者对经典物理学和量子理论之间的关联和冲突进行了深入探讨和激烈辩论，这次会议被认为是现代物理学的转折点。
时年32岁的爱因斯坦是参加首届索尔维会议第二年轻的物理学家，他向科学界的广泛群体展示了自己的才华。这次会议正值玛丽·居里个人经历巨变之际，几年前她经历了丧夫之痛，并且即将获得第二次诺贝尔奖。然而她与另一位与会者保罗·朗之万（Paul Langevin，图1前排左六）的秘密恋情被法国媒体曝光，使她陷入一场威胁其科学遗产的风暴中。爱因斯坦在玛丽·居里的艰难时期给予支持，两人之间的相互钦佩和尊重以及终生友谊正是源于这届索尔维会议上的相遇。
2021年，索尔维公司前化学工程师和业务主管杰弗里·奥伦斯（Jeffrey Orens）出版了《天才的灵魂：玛丽·居里、阿尔伯特·爱因斯坦和改变科学进程的会议》（The Soul of Genius: Marie Curie, Albert Einstein, and the Meeting that Changed the Course of Science）一书，探讨了1911年首届索尔维会议、爱因斯坦与玛丽·居里的初次会面，以及这两位科学巨人对当时动荡不安的物理学界的影响。
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图5 第一届索维尔会议合影，坐者左三是索尔维、右二是玛丽·居里，站立者右二是爱因斯坦
1927年10 月 24-29日举行的第五届索尔维会议或许是史上最著名的物理学会议，会议以“电子与光子”为主题，新近形成的量子理论成为讨论焦点，洛伦兹连续担任五届索尔维主席。爱因斯坦已经因 “发现光电效应原理” 获得1921年诺贝尔物理学奖（1922年颁发），一战后阻碍德国科学家参加索尔维会议的偏见也已基本消除，这场学术盛会使得科学家们突破了地域和学派的限制。
在29位与会者中，有17位已经或即将成为诺贝尔奖得主。其中玻尔（图1二排左九）提出量子跃迁和互补原理，玻恩（图1二排左八）引入量子力学的概率诠释 ，路易·德布罗意（Louis de Broglie，图1二排左七）提出物质波理论，沃尔夫冈·泡利（Wolfgang Pauli，图1三排左八）提出不相容原理，海森堡（图1三排左九）提出了不确定性原理，狄拉克（图1二排左五）和薛定谔（图1三排左六）奠定了量子力学的基本方程。
在这次会议上，科学家们围绕波粒二象性、时空因果律、不确定性原理问题进行了深入探讨。以玻尔为代表的哥本哈根学派和以爱因斯坦为代表的质疑者对于量子力学的完备性和随机性展开了空前激烈的“玻尔-爱因斯坦之争”。爱因斯坦提出了双缝衍射等思想实验，力图证明不确定性原理与量子力学形式体系之间的内在矛盾。他认为“上帝不会掷骰子”，而玻尔的回敬则是：“爱因斯坦，不要再告诉上帝应该怎么做”。
相关争论一直持续到由朗之万主持的1930年的第六届索尔维会议以及之后更长时间。爱因斯坦在1930年会议上提出了著名的光子盒实验，被玻尔用广义相对论中的引力红移公式加以反驳。1935年爱因斯坦及合作者又以ERP佯谬发起反攻，指出定域实在论与量子力学完备性之间的矛盾。这场世纪之争对于量子力学的现代理解以及量子技术的发展产生了深远影响，玻尔创建的“哥本哈根诠释”成为物理学界的主流观点。
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图6 爱因斯坦分别与玛丽·居里（1929年）、玻尔（1930年索维尔会议）
宝贵的历史遗产
2023年，联合国教科文组织决定将索尔维国际物理和化学会议档案（1910-1962）列入 “世界记忆遗产名录”，这些档案展现了20世纪初以来科学国际主义及国际合作传统的延续。索尔维会议是最早的国际物理科学会议之一，特别是在1911-1927年间的前五届索尔维物理学会议上，确立了对量子力学理论的诠释，见证了相对论的诞生，以及基于对原子结构和化学键的探索而兴起的新化学。
1933年的第七届索尔维会议以“原子核的结构及特性”为主题，标志着一个新纪元——核物理时代的开启，两位年轻的与会者恩里科·费米（Enrico Fermi）和欧内斯特·劳伦斯（Ernest Lawrence）后来成为曼哈顿计划的关键科学家。这是二战爆发前，也是玛丽·居里生前参加的最后一次会议，她参加了前七届全部索尔维会议。
1950年代 “大科学”的兴起，彻底改变了物理学家们参与科学发现的方式。他们作为大型研究团队的成员，在大型实验室中协同工作。他们在科学期刊、数据库和电子资源上投入大量时间，几乎实时了解全球范围内各自领域的科学进展，同行评审等新的辩论和批判性分析形式也应运而生。早期索尔维会议在很多方面预示了今天所经历的一切：它是一个科学精英们可以就颇具争议的学术问题会面、交流和辩论的独特论坛和实体空间。
索尔维模式诞生于科学界探索物质属性和物理定律等基本认识论的时代，其精神在新时代延续。除了因两次世界大战中断外，索尔维物理学会议和化学会议原则上每三年各举办一次，至今已举办了29届物理学会议和27届化学会议，涵盖了百余年来物理学和化学的重大议题。
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图7 2013年索维尔175岁诞辰时的纪念章
阿尔弗雷德·诺贝尔和欧内斯特·索尔维是两位载入科学史册的伟人，在某些方面有着惊人的相似之处。两人是同时代的发明家、实业家和慈善家，都没有接受过正规的高等教育，差不多同时申请专利和建厂，均通过科学技术和工业创新积累了巨额财富。诺贝尔发明了硝酸甘油炸药，索尔维开发了纯碱生产工艺。两人坚信人类的一切进步——无论是物质的、智力的还是道德的——都是通过科学实现的。
诺贝尔和索尔维以科学普世主义的理念为基础，不分科学家的国籍、种族或宗教信仰，通过支持全球科学事业展现了国际主义的愿景。诺贝尔用巨额遗产设立了诺贝尔奖，表彰和奖励那些取得重大突破的科学家以及为全人类利益做出贡献的人，今年恰逢诺贝尔签署遗嘱130周年。索尔维则慷慨资助国际科学会议和研究机构，促进了世界顶尖物理学家之间的批判性讨论与合作，影响了数十年来科学研究的方向。
在量子力学的百年历程上，诺贝尔奖与索尔维会议紧密联系、互相成就、延续至今。2005年的第23届 “量子结构中的空间与时间”索维尔会议、2011年的 第25届 “量子世界理论” 索维尔会议，以及2022年的第28届 “量子信息物理学”索维尔会议，均由2004年诺贝尔物理学奖得主之一戴维·格罗斯（David Gross）担任主席或联合主席。
而今年10月7日颁布的诺贝尔物理学奖授予在美国工作的三位量子物理学家， 表彰他们“发现了电路中的宏观量子力学隧穿和能量量子化”，这项成就打开了在更大尺度上研究量子世界的一扇门。
2013年，索尔维公司设立了“欧内斯特·索尔维奖”，旨在表彰对化学做出基础性贡献并可能对工业产生影响的科学家。迄今已有四位该奖得主获得诺贝尔化学奖，其中一位就是今年诺贝尔化学奖新科得主之一、日本科学家北川进（Susumu Kitagawa）。
在学术遗产外，索尔维家族还在布鲁塞尔留下诸多印记，其中最著名的建筑“索尔维公馆”是索尔维的长子阿曼德托建的私人住宅，由新艺术运动早期发起者之一的比利时建筑师维克多·奥尔塔（Victor Horta）设计。索尔维公馆与另外三座住宅一起，同为19世纪末欧洲建筑中最引人注目的先锋作品。这些房屋以其开放的设计、光线的散播、装饰刻线与建筑结构极其出色的结合为特征，代表了建筑风格上的革命，2000年列入联合国教科文组织世界文化遗产名录。然而，索尔维家族在同一条大街上的另两处宅邸却已不复存在。
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图8 索维尔公馆内部

致谢 感谢中国科学院物理研究所曹则贤研究员对于量子力学的考证，并提供文献。

注：文中图片除特别指明外均来自互联网。

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