他能讲最精彩的课,却无法在大学立足:埃伦费斯特的俄国岁月
1912年,一位32岁的物理学家,带着满身才华和一颗疲惫的心,永远地离开了俄国。
五年前,他怀揣希望而来,想在这里扎根,将现代理论物理的种子播撒在这片“荒蛮之地”。五年后,他黯然离去,尽管他对俄国的理论物理发挥了启蒙作用,却始终无法在这里获得一个正式的教职。
他叫保罗·埃伦费斯特,爱因斯坦的挚友,未来洛伦兹的继任者。而他在俄国的这五年,像一场无果而终的恋爱,倾其所有,却终究是个“异乡人”。当才华败给了出身,当热情消磨于体制,一段与一个国家的“恋爱”,终以遗憾告终。
美国加州州立理工大学普莫娜分校历史系教授王作跃、中国科学院大学人文学院科学技术史系教授王扬宗在本文撰写过程中给予了有益建议,特此致谢。
注释以及参考资料
[1] 玻尔兹曼(1844-1906)是奥地利数学家和理论物理学家。他最大的贡献是发展了统计力学以及对热力学第二定律的统计解释。1877年,他对熵做了很好的定义。
[2] 阿法纳谢娃出生于当时属于俄罗斯的基辅,在她还在学走路时,父亲精神崩溃,进了精神病院,她的母亲不得不去挣钱谋生,她则在圣彼得堡富裕的姨妈和姨夫家中作为独生女长大。因为热爱科学,她想进女子高等教育机构别斯图热夫讲习班(the Bestuzhev Courses)学习,然而她保守的姨夫始终反对。直到姨夫去世后,她才得以去这个机构学习。后来,她从圣彼得堡到了德国哥廷根,在1903年和1904年在那里学习数学和物理学,并遇到了埃伦费斯特。参考: van der Heijden, M. (2024). More is known about him than about her: Tatiana Ehrenfest-Afanassjewa. Physics Today, 77(1), 40-47. https://doi.org/10.1063/PT.3.5381
[3] Huijnen, P., & Kox, A.J. (2007). Paul Ehrenfest’s Rough Road to Leiden: A Physicist’s Search for a Position, 1904–1912. Physics in Perspective, *9*(2), 186–211. https://doi.org/10.1007/s00016-006-0287-1
[4] 同注2
[5] 自1888年起,博格曼(Ivan Ivanovich Borgman)出任圣彼得堡国立大学物理学教授。他与奥雷斯特·赫沃尔松(Orest Khvolson)共同开设了俄罗斯首批电气工程课程。1897年,博格曼(Borgman)成为首位通过实验证明X射线与放射性物质能够诱发热释光现象的科学家。1905年,他当选为圣彼得堡国立大学首任民选校长,直至1910年卸任。在博格曼的推动下,圣彼得堡国立大学于1901年创立了沃克物理研究所(V. A. Fock Institute of Physics)。继首任所长F. F. Petrushevsky之后,他于1902年3月至1914年期间担任该研究所第二任所长。
[6] Klein, Martin J. Paul Ehrenfest: Volume 1, The making of a Theoretical Physicist. North-Holland Publishing Company, 1970.(此书有中译本:《保尔·厄任费斯脱——20世纪初著名的理论物理学家的成长历程》,高达声等译,清华大学出版社,1999)
[7] 参与者通常是彼得格勒高等院校的教师,如鲍姆加特(Baumgart)、多比亚什(Dobiash)、L. D. 伊萨科夫(L. D. Isakov)、M. A. 列维茨卡娅(M. A. Levitskaia),以及几位大学物理系的学生:V. R. 布尔相(V. R. Bursian)、G. G. 维伊哈特(G. G. Veikhart)、V. V. 多伊尼科娃(V. V. Doinikova)、尤·A. 克鲁特科夫(Iu. A. Krutkov)、V. M. 丘拉诺夫斯基(V. M. Chulanovskii),还有数学家 S. N. 伯恩斯坦(S. N. Bernstein)、雅·D. 塔马尔金(Ia. D. Tamarkin)以及 A. A. 弗里德曼(A. A. Friedmann)。对于某次的聚会,I. V. 奥布雷伊莫夫(I. V. Obreimov)回忆道:“事实是,圣彼得堡的年轻物理学家们组织了一个封闭的物理小组。他们没有邀请大学的物理教授 I. I. 博尔格曼和 O. D. 赫沃尔松,因为二人对爱因斯坦、普朗克的新物理学、对相对论理论,以及对小组的组织者和灵魂人物 P. S. 埃伦费斯特都持敌对态度。小组通常在周日上午十点到中午,在某个人的房间里聚会,或者偷偷地在(物理研究所的)某个房间里开会,以避开博尔格曼和赫沃尔松。1912 年10月,G. G. 维伊哈特把我介绍给了小组。那天会议在鲍姆加特的房间举行,约费简要介绍了他测量电子电荷的初步工作。当时,维也纳物理学家埃伦哈夫特(Ehrenhaft)声称发现了‘次电子’。而美国物理学家密立根(Millikan)则测定了电子的电荷,也可以说是‘称量了电子’,他让电子附着在一滴油滴上。埃伦哈夫特复现了密立根的实验,但不是用单个油滴,而是用云雾状的油滴群。”参见参见Paul R. Josephson, Physics and Politics in Revolutionary Russia.. University of California Press, Berkeley, 1992.以及Stuewer, Roger H. The Age of Innocence: Nuclear Physics between the First and Second World Wars. Oxford University Press, 2018.
[8] 1900年,他以一等荣誉文凭从圣彼得堡大学物理数学系毕业,并留校任职为教授职称做准备。1901年,他在莱比锡大学奥托·维纳(Otto Wiener)的实验室完成实习;随后于1903年前往德国吉森(Giessen),在古典电子理论奠基人之一保罗·德鲁德(Paul Drude)教授的实验室继续深造。1903年至1931年期间,他就职于圣彼得堡大学物理研究所。
[9] 维克托·罗伯特罗维奇·布尔西安(Viktor Robertovich Bursian, 1886-1945)于1886年12月25日(旧历)出生于圣彼得堡。他1904年以金质奖章毕业于预科学校,随后在圣彼得堡大学学习,并于1906年应F. 帕邢(Louis Carl Heinrich Friedrich Paschen,1865年1月22日—1947年2月25日)的邀请,赴德国蒂宾根大学深造。1910年,布尔西安开始执教,1918年成为大学和理工学院讲师。1918年,布尔西安成为由A. F. 约费院士创立的物理技术研究所的首任科学秘书,随后被任命为该研究所理论部的首任主任。他主持的量子力学研讨班汇聚了苏联量子力学史上的主要人物——福克、弗雷德里克斯、弗伦克尔等。苏联量子力学的第一部重要著作《新量子力学基础》(Osnovaniia novoi kvantovoi mekhaniki,1927年)就是以研讨班上的论文为基础写就。1932年,他成为列宁格勒国立大学理论物理系的教授兼系主任;1933年担任物理学院院长;1934年出任列宁格勒大学物理科学研究所所长。1936年,布尔西安在大清洗中被捕并在狱中去世(后获完全平反)。参考:É. V. Bursian, A. I.Usp. Fiz. Nauk 155, 317-321, June 1988.
[10] 亚历山大·亚历山德罗维奇·弗里德曼(1888年6月16日—1925年9月16日)是苏联著名数学家、气象学家、宇宙学家。他在1922年发现了广义相对论引力场方程的一个重要的解,即弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规。弗里德曼从数学角度发现,爱因斯坦在证明宇宙静态稳定时犯了个代数错误——除以了可能为零的表达式。1924年,他在发表的论文中阐述了动态宇宙的思想,即曲率分别为正、负、零时的三种情况,称为弗里德曼宇宙模型,其中宇宙膨胀于1929年被美国天文学家埃德温·哈勃所证实。
[11] 克鲁特科夫(Yuri Krutkov),他1890年生于圣彼得堡,毕业于圣彼得堡大学物理数学系,师从埃伦费斯特,是俄罗斯第一代纯粹的理论物理学家。1918年起在工学院工作,讲授物理学课程。1921年起任彼得格勒大学教授。1922年起任俄罗斯物理化学学会物理部主任。他在1922-1923年受洛克菲勒基金资助去德国和荷兰工作,正是他去见了爱因斯坦,说明弗里德曼的看法是对的。1936年12月30日因“普尔科沃案”(Pulkovo case)被捕。1937年5月25日被判处十年劳改营徒刑,遣送至坎斯克劳改营(Kanskcamps)。在押期间坚持科研工作,曾与图波列夫(A.N. Tupolev.)、科罗廖夫(S.P. Korolev)等人在“沙拉什卡”(sharashka,特殊监狱研究所)共事。1947年获释,重返列宁格勒国立大学担任理论力学教授。1952年因原子物理研究获斯大林奖。1957年平反昭雪。在埃伦费斯特1912年离开圣彼得堡去了荷兰后,克鲁特科夫于1913年也追随他来到莱顿。返回俄国后,他在热力学及埃伦费斯特绝热不变量领域展开了进一步研究。埃伦费斯特此后还帮助他和很多年轻的苏联物理学家出国。1925年3月,国际教育委员会(IEB)的欧洲主任奥古斯塔斯·特罗布里奇(Augustus Trowbridge)在莱顿拜访了埃伦费斯特。会谈的主要议题是后者关于将有天赋的年轻俄罗斯物理学家带到西欧的计划。埃伦费斯特推荐了克鲁特科夫和弗伦克尔(Frenkel)。
[12] 同6
[13] 埃伦费斯特为了与妻子塔尼娅结婚放弃了宗教信仰,因为当时奥匈帝国不允许跨信仰婚姻。他(犹太人)和塔尼娅(俄罗斯东正教徒)在1904年结婚前不得不正式放弃各自的信仰。他后来成为无神论者,这也影响了他的某些学术工作机会——例如爱因斯坦曾推荐他去布拉格任职,但这一身份使他的求职前景变得复杂。
[14] 宗教信仰在当时的职业考察中也有其重要性。埃伦费斯特持有的奥地利证件官方认证他的宗教信仰为“无”;约费和他都是犹太人,但约费在1911年结婚时改信路德宗。1912年埃伦费斯特准备离开俄国重新找工作时,爱因斯坦恰好在苏黎世的联邦理工学院(Eidgenössische Technische Hochschule)接受了新职位,因此他在布拉格的教授职位空缺了。埃伦菲斯特只需说“是”,就能成为爱因斯坦的继任者和布拉格的教授,只有一个次要问题需要解决:他必须按照当局要求重新登记为犹太教徒,但埃伦费斯特拒绝了,这让爱因斯坦很是为他感到遗憾。
[15] 1906年,数学家菲利克斯·克莱因(Felix Klein)邀请埃伦费斯特和阿法纳谢娃撰写一篇关于统计力学领域和玻尔兹曼工作的综述,计划发表在著名的《数学科学百科全书》(Ency- klopädie der mathematischen Wissenschaften)中,克莱因打算在这本书中展示数学的所有分支及其应用。
[16] 阿诺德·索末菲(Arnold Sommerfeld, 1868-1951),德国物理学家,旧量子论和早期量子力学的主要奠基人之一,他执掌的德国慕尼黑大学理论物理系,是当时世界理论物理学的中心,被誉为“诺贝尔奖的孵化器”。
[17] 洛伦兹(Hendrik Anton Lorentz,1853-1928),荷兰理论物理学家,1902年诺贝尔物理学奖得主。他创立了经典电子论,并提出了“洛伦兹变换”,为狭义相对论的诞生奠定了至关重要的基础。他是当时物理学界的领袖人物,深受同行敬重。1912年,他亲自选定埃伦费斯特作为其莱顿大学理论物理学教授的继任者。
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