索末菲：當(dāng)幼兒園園長(zhǎng)是什么體驗(yàn)，我說(shuō)的是諾獎(jiǎng)幼兒園

1927年10月，布魯塞爾，第五屆索爾維會(huì)議。29個(gè)人坐在一起拍了一張合影。這張照片后來(lái)被稱(chēng)為人類(lèi)歷史上智商密度最高的一張照片，里面有17位諾貝爾獎(jiǎng)得主，或者說(shuō)未來(lái)的諾貝爾獎(jiǎng)得主。

如果你有耐心逐個(gè)辨認(rèn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)一件詭異的事情：這個(gè)人是他的學(xué)生，那個(gè)人也是他的學(xué)生，旁邊那個(gè)還是他學(xué)生的學(xué)生……可順著這條線(xiàn)摸過(guò)去，可順著這條線(xiàn)摸到底，你找不到那個(gè)“他”。

▲第五屆索爾維會(huì)議彩色復(fù)原版，索末菲三位學(xué)生分別是德拜（中排左一）、泡利（后排右四）以及海森堡（后排右三）（rare historical photos）

他叫阿諾德·索末菲（Arnold Sommerfeld），照片里的諾獎(jiǎng)得主中，有三位都是他的親傳弟子，但他自己卻不在這張照片里面。放眼整個(gè)物理學(xué)史，他直接培養(yǎng)出的諾獎(jiǎng)得主多達(dá)七位，堪稱(chēng)諾獎(jiǎng)幼兒園園長(zhǎng)。

招生

我們常說(shuō)：千里馬常有而伯樂(lè)不常有，而一個(gè)伯樂(lè)的核心技能也得是相馬。因此當(dāng)一個(gè)諾獎(jiǎng)幼兒園的園長(zhǎng)，第一項(xiàng)核心技能不是教學(xué)，是選苗子。

1906年，38歲的索末菲接到來(lái)自慕尼黑工業(yè)大學(xué)理論物理教職的邀請(qǐng)。雖然他已經(jīng)在亞琛如魚(yú)得水，但彼時(shí)的他還是更向往物理學(xué)，因此在離開(kāi)原單位時(shí)他對(duì)同事說(shuō)：實(shí)際上我不適合當(dāng)工程教授，我是一名物理學(xué)家。

不過(guò)在當(dāng)時(shí)這并非好差事。一方面理論物理在20世紀(jì)初的德國(guó)學(xué)術(shù)界地位非常微妙，一直被實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家貶為紙上談兵；另一方面，慕尼黑大學(xué)給他的辦公條件也比較寒酸：只有一間辦公室，以及在即將擴(kuò)建的大樓項(xiàng)目中預(yù)留的房間。不過(guò)理論物理，缺的從來(lái)可不是設(shè)備，而是人。

▲20世紀(jì)初的慕尼黑大學(xué)

索末菲的選人辦法與后來(lái)的蘇聯(lián)天才朗道有些類(lèi)似：只有能扛住最難問(wèn)題的人，才配做我的學(xué)生。在第一節(jié)課，他就會(huì)拋出最難的問(wèn)題，為的就是找出自己想要的學(xué)生。

1908年，一個(gè)希臘學(xué)生德米特里奧斯·洪德洛斯（demetrios hondros）原本只是來(lái)旁聽(tīng)，結(jié)果被索末菲的問(wèn)題釘在座位上。課后他去找索末菲，說(shuō)想跟著他做博士。索末菲給了他一個(gè)“可能過(guò)分復(fù)雜的題目”：彎管處的波發(fā)射，一個(gè)用來(lái)解釋馬可尼天線(xiàn)原理的問(wèn)題。洪德洛斯沒(méi)完全解決它，但畢業(yè)論文里提出了兩種沿導(dǎo)線(xiàn)傳播的電磁波。后來(lái)這些東西成了光纖通訊的理論基礎(chǔ)。

1920年秋天，一個(gè)19歲的男孩走進(jìn)了他的課堂。這個(gè)男孩叫維爾納·海森堡（Werner Karl Heisenberg），剛剛以極其優(yōu)異的成績(jī)從中學(xué)畢業(yè)。他原本想進(jìn)入慕尼黑大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，但是被數(shù)學(xué)教授林德曼（巧的是，這也是索末菲曾經(jīng)的導(dǎo)師）拒絕了，只能轉(zhuǎn)而投向索末菲的團(tuán)隊(duì)。索末菲一眼就認(rèn)出了這塊璞玉。不到幾周，他就把海森堡拉進(jìn)了自己的研討班，那個(gè)班里面起步都是博士生，而海森堡甚至還沒(méi)開(kāi)始讀本科課程。一個(gè)中學(xué)生，被扔進(jìn)了博士生的狼群里。這或許就是索末菲的教育哲學(xué)：在水里面才能學(xué)會(huì)游泳。就是這個(gè)水可能有點(diǎn)深……

▲1927年的海森堡（MacTutor）

更早的例子是沃爾夫?qū)づ堇?Wolfgang Ernst Pauli)。1918年，高中畢業(yè)僅兩個(gè)月的泡利就已經(jīng)發(fā)表了一篇關(guān)于相對(duì)論的論文。來(lái)到慕尼黑后，這個(gè)大一新生對(duì)廣義相對(duì)論的精妙理解讓索末菲極為驚訝，私下驚呼泡利的能力“超過(guò)德拜的好幾倍”（大弟子德拜：？？？）。因此，索末菲做了一件匪夷所思的事，將本來(lái)要交給愛(ài)因斯坦的任務(wù)交給了泡利：去給《數(shù)學(xué)科學(xué)百科全書(shū)》撰寫(xiě)《相對(duì)論》詞條，這讓泡利不得不一邊寫(xiě)博士論文一邊寫(xiě)詞條。最終，這篇長(zhǎng)達(dá)237頁(yè)的巨著在泡利21歲那年橫空出世，愛(ài)因斯坦看后評(píng)論：“任何研究這部成熟且構(gòu)思宏大的作品的人，可能都不會(huì)相信作者竟然是一個(gè)二十一歲的年輕人”。

▲1924年的泡利（CERN Document)

上課

苗子選好了，該怎么教呢？

索末菲的課堂有兩套模式。一套是他自己的課程講座，每周講四次大課，每學(xué)期換一個(gè)主題，六個(gè)學(xué)期一輪。但真正讓慕尼黑變得特殊的，是第二套模式：研討會(huì)。這個(gè)研討會(huì)一開(kāi)始是索末菲親自坐鎮(zhèn)的，大家午后聚集在一家咖啡館里，大理石桌子直接當(dāng)黑板。因?yàn)槊麣馓?，連愛(ài)因斯坦都忍不住感嘆：“如果我在慕尼黑有時(shí)間，一定要去聽(tīng)你的課?！钡捎谟懻摰膬?nèi)容太深、節(jié)奏太快，新招來(lái)的低年級(jí)學(xué)生根本聽(tīng)不懂，坐在下面瑟瑟發(fā)抖。于是，在1908年的冬天，物理學(xué)史上演了一幕有趣的“造反”。

▲慕尼黑物理學(xué)家們?cè)?911年左右的霍夫花園咖啡館（sommerfeld.userweb）

索末菲的大弟子、未來(lái)的諾獎(jiǎng)得主彼得·德拜（Peter Debye）找到了索末菲，說(shuō)想要搞一個(gè)入門(mén)級(jí)的研討會(huì)，索末菲一聽(tīng)，覺(jué)得這是好事，立刻興致勃勃地表示自己也要參加，但是德拜堅(jiān)持拒絕：有教授在誰(shuí)敢說(shuō)蠢話(huà)呢？不過(guò)德拜還是讓索末菲支持一些東西，后來(lái)他回憶道：“我們不要他，我們只想要他的雪茄”。索末菲最終笑著妥協(xié)了，讓出了講臺(tái)，并且真的貢獻(xiàn)了一包頂級(jí)的雪茄“來(lái)磨練學(xué)生們的思維”。

于是每周都有一個(gè)晚上，一群年輕人擠在122號(hào)教室里，煙霧繚繞中，一個(gè)人講自己對(duì)某篇最新論文的理解，其他人負(fù)責(zé)拆臺(tái)。講到一半卡住了？沒(méi)人替你解圍。你會(huì)被問(wèn)到下不來(lái)臺(tái)，直到自己找到出路，或者冒一身汗，下周再來(lái)。此時(shí)的德拜則展現(xiàn)出了大師兄的做派，對(duì)每一個(gè)求助的新生保持著極大的耐心。索末菲雖然人不在122號(hào)教室，但他的學(xué)術(shù)傳統(tǒng)卻無(wú)處不在。

▲研討會(huì)后，參與者會(huì)到慕尼黑一家啤酒館

而在自己主持的高級(jí)研討會(huì)上，索末菲最讓學(xué)生放松的地方，是他從不假裝自己全懂。當(dāng)時(shí)的物理學(xué)正處在最混亂的年代。經(jīng)典物理的大廈在量子現(xiàn)象面前搖搖欲墜，玻爾的原子模型漏洞百出，新的量子力學(xué)還沒(méi)被發(fā)明出來(lái)。課堂上遇到答不上的問(wèn)題，索末菲會(huì)坦率地說(shuō)：這個(gè)我也不懂。但我們可以一起算算看。這種態(tài)度對(duì)學(xué)生們產(chǎn)生了奇怪的解放效應(yīng)。海森堡后來(lái)回憶說(shuō)，正是索末菲這種的坦誠(chéng)，讓他后來(lái)敢于在24歲時(shí)提出一套完全顛覆經(jīng)典物理的矩陣力學(xué)，反正老師都會(huì)說(shuō)“我不知道”，那學(xué)生憑什么不能試試一個(gè)瘋狂的想法？

每到學(xué)期結(jié)束，索末菲還會(huì)把課堂搬到阿爾卑斯山上去。白天大家在雪道上飛馳，晚上很多學(xué)生可以完全放松的和教授討論問(wèn)題。當(dāng)然，按照后來(lái)傳記作者的調(diào)侃，最大的原因可能是索末菲自己實(shí)在太愛(ài)滑雪了。 但正是在這種看似隨意的碰撞中，誕生了許多博士論文的原動(dòng)力。索末菲的學(xué)生及助手文策爾（Gregor Wentzel）這樣形容索末菲的教學(xué)風(fēng)格：他能向?qū)W生傳遞一個(gè)感覺(jué)，那就是科學(xué)是一個(gè)有生命的事物，即便一個(gè)初學(xué)者也能成為這個(gè)組織有用的一部分。

▲1909年，索末菲在滑雪（sommerfeld.userweb）

1919年，索末菲把這種對(duì)話(huà)中撞出來(lái)的物理學(xué)固化成了文字，其名為：《原子結(jié)構(gòu)與光譜線(xiàn)》。索末菲希望在這本書(shū)中“尋求一般系列光譜的規(guī)則”，因此這一書(shū)的前四版幾乎是一年一版，版版加入最新發(fā)現(xiàn)。至少在第三版時(shí)，這本書(shū)就成為物理學(xué)家的“圣經(jīng)”，而索末菲也順理成章的成為了“量子教皇”。無(wú)數(shù)沒(méi)法親自去慕尼黑的人，就是通過(guò)這本磚頭一樣的書(shū)，被拽進(jìn)了索末菲的課堂。從某種意義上來(lái)說(shuō)，他的課程，就在每一本翻開(kāi)這本書(shū)的人面前。

▲《原子結(jié)構(gòu)與光譜線(xiàn)》（Atombau und Spektrallinien）1922年版（abebooks）

護(hù)航

在打完保齡球、喝完啤酒之后，這群被索末菲悉心照料的“幼崽”總要面臨畢業(yè)。但慕尼黑諾獎(jiǎng)幼兒園的畢業(yè)生，從來(lái)不用為前途發(fā)愁。隨著量子理論的爆發(fā)，全德國(guó)的大學(xué)都在瘋搶索末菲的學(xué)生。當(dāng)時(shí)的一位親歷者回憶，索末菲的畢業(yè)生“就像剛出爐的烤面包一樣，瞬間被搶空”。

這讓其他大學(xué)的掌門(mén)人極其眼紅。哥廷根大學(xué)的馬克斯·玻恩（Max Born，也是個(gè)諾獎(jiǎng)得主）極其眼饞才華橫溢的海森堡，私下里試圖挖墻腳。結(jié)果，這個(gè)在學(xué)術(shù)上敢于推翻一切的狂傲天才，面對(duì)擇業(yè)卻像個(gè)唯唯諾諾的小學(xué)生：這個(gè)我說(shuō)了不算，這得由索末菲教授來(lái)決定！無(wú)可奈何的玻恩只好轉(zhuǎn)頭給索末菲寫(xiě)信求情，在信里酸溜溜地抱怨：“看來(lái)您是他自己選定的絕對(duì)監(jiān)護(hù)人，如果我想把他拐到哥廷根，我只能來(lái)求您放人了?！?/p>

事實(shí)上，這位園長(zhǎng)不僅負(fù)責(zé)教你，還在處處為你護(hù)航。海森堡理論天賦異稟，卻是實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的 “門(mén)外漢”。博士答辯時(shí)，實(shí)驗(yàn)物理權(quán)威威廉?維恩（Wilhelm Wien，這其實(shí)還是索末菲的好友）按常規(guī)提問(wèn)基礎(chǔ)儀器原理，他竟張口結(jié)舌答不上來(lái)。維恩極為不滿(mǎn)，明確反對(duì)授予其學(xué)位。索末菲據(jù)理力爭(zhēng)，主張以學(xué)術(shù)創(chuàng)造力為核心評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，力證海森堡的天賦價(jià)值。最終在他的堅(jiān)持下，海森堡以最低合格線(xiàn)驚險(xiǎn)過(guò)關(guān)。

按理說(shuō)，幼兒園總有畢業(yè)的一天。但索末菲這所幼兒園的畢業(yè)生們，似乎永遠(yuǎn)也“斷不了奶”。

泡利是出了名的毒舌，被物理學(xué)界稱(chēng)為"上帝之鞭"。他批評(píng)同行毫不留情，最刻薄的一句是對(duì)某人的論文說(shuō)：“這甚至都沒(méi)有達(dá)到錯(cuò)誤的水平?！币馑际沁B被批評(píng)都不夠格。但在寫(xiě)給索末菲的信中，他的語(yǔ)氣會(huì)變得恭敬且溫柔。他始終稱(chēng)索末菲為“親愛(ài)的教授先生”，從不以名字相稱(chēng)，哪怕他后來(lái)自己也成了大教授。海森堡在索末菲60歲生日時(shí)的賀信更能概括他們的精神狀態(tài)：希望您還能長(zhǎng)久地為像當(dāng)年的泡利和我這樣的“物理學(xué)孩子”繼續(xù)維持這樣一所培養(yǎng)之家。

▲泡利與索末菲（ETH library）

但這群一直“斷不了奶”的學(xué)生，終究還是迎來(lái)了畢業(yè)典禮。1933年，隨著納粹的上臺(tái)，這所滿(mǎn)是天才與雪茄味的幼兒園事實(shí)上被迫解散。這一年冬天，海森堡獲得了1932年諾貝爾獎(jiǎng)。消息傳到慕尼黑，索末菲的反應(yīng)沒(méi)有被記錄下來(lái)。但我們可以想象那個(gè)場(chǎng)景：一位老教授看著報(bào)紙上自己學(xué)生的名字，嘴角也許有一絲微笑：那種混合著驕傲、欣慰，以及某種說(shuō)不出口的滋味。因?yàn)樗髂┓飘?dāng)時(shí)也必然在候選名單上。

事實(shí)上，從1917年到1951年，索末菲一共被提名了84次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 這是有史以來(lái)有據(jù)可查的最高紀(jì)錄，至今無(wú)人打破。但這又不是“陪跑”，陪跑意味著你不夠格，而索末菲完全夠格。他的玻爾-索末菲原子模型，在量子力學(xué)誕生之前統(tǒng)治了整個(gè)原子物理學(xué)近十年；他引入的精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)（α ≈ 1/137），至今仍是物理學(xué)中最神秘、最基本的常數(shù)之一；他對(duì)金屬中電子行為的理論，更是開(kāi)創(chuàng)了固體物理學(xué)的先河。這其中任何一項(xiàng)成就，單獨(dú)拿出來(lái)都足以讓一個(gè)普通物理學(xué)家進(jìn)入諾獎(jiǎng)的決賽圈。但索末菲偏偏活在一個(gè)群星璀璨的時(shí)代，而他的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，恰好是自己一手培養(yǎng)出來(lái)的那群怪物。

▲索末菲獲得的所有提名，數(shù)據(jù)來(lái)源諾獎(jiǎng)網(wǎng)站，圖片為AI制作

統(tǒng)計(jì)數(shù)字是冰冷的，但也足夠說(shuō)明問(wèn)題：他的直系學(xué)生中，走出了4位諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主：海森堡（1932）、德拜（1936）、泡利（1945）、貝特（1967）。如果加上他親自指導(dǎo)的助手和博士后，這個(gè)數(shù)字會(huì)變成7位。他的首席助手馬克斯·馮·勞厄（Max von Laue，1914），正是在索末菲的研究所里完成了拿諾獎(jiǎng)的奠基性工作。而后來(lái)斬獲諾貝爾獎(jiǎng)的萊納斯·鮑林（Linus Carl Pauling，1954）和伊西多·拉比（Isidor Isaac Rabi，1944），當(dāng)年也都曾以進(jìn)修生的身份，慕名跑到慕尼黑的接受他的指導(dǎo)。

聚光燈一束一束地打向舞臺(tái)中央，而園長(zhǎng)一直在舞臺(tái)下看著自己孩子們加冕。直到多年以后，學(xué)界才以另一種方式完成了對(duì)他的加冕。1948年，索末菲80歲大壽之際，美國(guó)物理教師協(xié)會(huì)破例將最高榮譽(yù)“奧斯特獎(jiǎng)?wù)隆鳖C發(fā)給了這位沒(méi)有諾獎(jiǎng)的老人?！蹲匀谎芯侩s志》專(zhuān)門(mén)出了一期紀(jì)念專(zhuān)輯，序言里海森堡如此寫(xiě)到：“他教出一整代理論物理學(xué)家，桃李滿(mǎn)天下。今天弟子們想起導(dǎo)師，滿(mǎn)懷敬愛(ài)之情?！?/p>

后記

這篇文章的題目問(wèn)了一個(gè)問(wèn)題：當(dāng)諾獎(jiǎng)幼兒園園長(zhǎng)是什么體驗(yàn)？現(xiàn)在也許可以回答了。這種體驗(yàn)就是：

你花了一輩子的時(shí)間，手把手地教一群孩子認(rèn)識(shí)整個(gè)宇宙，然后目送他們一個(gè)接一個(gè)地走上人類(lèi)智慧的最高領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)，在全世界的掌聲中接過(guò)那枚金燦燦的獎(jiǎng)?wù)?。而你自己，始終站在臺(tái)下。你的手里沒(méi)有獎(jiǎng)?wù)拢愕闹讣y，留在了每一枚獎(jiǎng)?wù)律厦妗?/strong>

參考文獻(xiàn)

① 海森堡 W. 原子物理學(xué)的發(fā)展和社會(huì) [M]. 馬名駒，張敏，譯。北京：中國(guó)社會(huì)科學(xué)出版社，1985.

② 埃克特著，方在慶，何鈞主譯。阿諾爾德?索末菲傳：原子物理學(xué)家和文化信使 [M]. 長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2018.

③ ECKERT M. Establishing quantum physics in Munich: emergence of Arnold Sommerfeld’s quantum school[M]. Cham: Springer, 2020.

文章轉(zhuǎn)載自“墨子沙龍”微信公眾號(hào)