19.htm

自牛顿以来的科学家

　　索末菲与玻恩、玻尔研究量子力学的纲领、目标和方法和风格截然不同。索末菲属于古典主义派，他是旧量子论纲领（即经典力学与量子假设的混合物）的维护者，他认为旧量子论的基本假设中的矛盾只是一种有待解决的暂时困难，认为只要精心地做出特设性的假设（例如采取电子椭圆轨道模型代替玻尔的正圆轨道）就可以对付种种反常现象；相反，玻恩则属于量子的革命派，他是旧量子理论的摧毁者，他认为旧量子论本身内在矛盾是根本性的，为公理化的方法所不容，构造特性架设的办法只是权宜之计，新量子论必须另起炉灶，用公理化方法从根本上解决问题。索末菲的目标首先是解决实际问题，解决光谱学上的一个又一个悬而未决的难题能给他带来无穷的乐趣。他本人具备原子光谱类型的丰富知识，他更关心量子理论的实用价值，他有意中不把事情搞个水落石出绝不罢休的天性。相比之下，哥廷根的数学精神和玻尔的科学直觉支配着他们的整个理论物理研究工作。玻恩的目标在于追求普遍性，它的基本特征是使用高度抽象的公理化方法，不怎么强调典型案例的作用，较少考虑具体物理意义。玻尔的理论比较模糊，但是其中包含着丰富的内容，给后来的物理学家提供了很大的发展空间。量子理论的发展历程中，索末菲被称为是量子工程师，玻恩是量子数学家，而玻尔则是量子哲学家。<br><br>

<table border=0 align=right><tr><td><img src="born.jpg" alt="玻恩"></td></tr></table>

　　玻恩1882年12月11日生于普鲁士布雷斯劳一个犹太知识分子家庭。小时受父亲（医学教授）影响喜欢摆弄仪器和参加科学讨论。1905年慕名进入哥廷根大学以便听希尔伯特(D.Hilbert，1862-1943)、闵可夫斯基(H.Minkowski,1864-1909)等数学、物理学大师讲学，于1907年获博士学位。1912年受聘为哥廷根大学讲师，1921年玻恩成为哥廷根大学物理系主任和正式教授。在玻恩领导下，哥廷根物理界群星荟萃，形成了一个可以和哥本哈根学派媲美的新学派。作为科学学派的领导人，玻恩的主导作用通过学术本身（包括教学与科研）和组织工作两方面体现出来。玻恩有三个方面的研究课题：晶格动力学、分子结构与玻尔的量子理论。玻恩善于赏识人才，充分调动他们的积极性。他把弗朗克这样优秀的理论物理学家请来担任编外教授。玻恩与弗朗克经常组织学术活动，每周活动一次的“物理结构讨论班”吸引了大批学生。讨论班的形式是活泼的，不拘礼节，允许争论。20年代先后参加讨论班的主要成员有泡利、海森堡、奥本海默、康普顿、约尔丹、狄拉克、鲍林等。这个讨论班对来量子力学的发展有决定性的作用。玻恩吸引学生的一个重要原因是他的亲切。他经常和学生打成一片，一起参加散步、野餐、讨论各类问题。玻恩和妻子都能弹奏钢琴，常常邀请喜欢音乐的学参加他的家庭音乐会。<br><br>

　　为了繁荣哥廷根的学术环境，1922年6月他把玻尔邀请来访问讲学，做了一系列有关量子论和原子结构的演讲，哥廷根把这次访问的日期称为玻尔节。这一次，德国乃至欧洲的原子物理学家都在这里聚会，玻尔的学生、玻恩的学生和索末菲的学生也在这里听讲。玻恩的学生从玻尔那里学到了依赖于物理直觉、灵感和洞察力的思维特点，为他们注重数理分析的思维方式增加了自觉与想象的翅膀。自由争论的学术气氛是学派健康成长和学术繁荣的必要条件。<br><br>

<table border=0 align=left><tr><td><img src="heisenberg.gif" alt="海森堡"></td></tr></table>

　　量子理论发展史的另两个关键性人物是海森堡和泡利。海森堡原来在慕尼黑学习，是索末菲的得意门生，后来在哥廷根的玻恩那里取得博士学位，1924～1926年又和玻尔一起工作，因此可以说是三个学派的共同学生和代表人物。他兼容并蓄了慕尼黑、哥廷根和哥本哈根三个不同的科学共同体的长处。在索末菲那里他获得理论研究的最基本的训练，1925年他提出矩阵力学得益于哥廷根学派的数学知识和对物理科学的公理化描述的追求精神，1927年他提出著名的测不准原理则无疑受到玻尔的哲学思想的影响。由于在量子力学方面做出的贡献，1932年海森堡获得诺贝尔物理学奖。泡利1921年从慕尼黑大学毕业，毕业后到哥廷根大学担任玻恩的助手，获得博士学位后在哥本哈根大学担任玻尔的助手，因此同样可以把泡利看成是索末菲、玻恩和玻尔3人的学生。泡利是大家公认的最出色的、最敏锐的批评家，在量子理论对旧理论的否定中表现出激进的革命态度。1924年泡利在研究反塞曼效应时发现了不相容原理，1930年在解决β衰变的一个问题是提出了中微子假设，这个中微子在1953年被发现。泡利因为提出不相容原理获得了1945年的诺贝尔物理学奖。不过，玻恩似乎没有他的学生幸运，他对量子力学的几率解释受到了包括爱因斯坦、普朗克等很多伟大的科学家的反对，直到1954年才获奖。<br><br>

<br><center><b>6、卢瑟福：导师型领袖<br><br></center></b>

　　英籍新西兰裔科学家卢瑟福由于研究放射性物质和对原子核的研究而获得1908年诺贝尔化学奖而闻名，而他更大的名声是培养了一大批获得诺贝尔奖科学家，成为了造就优秀科学人才的伟大导师。他先后在加拿大的麦克吉尔大学、英国的曼切斯特大学和剑桥大学卡文迪什实验室担任教授，走到哪儿他都能聚集一批优秀的青年科学家和访问学者，并和他们共同做出或者指导他们做出了一系列伟大的科学发现。<br><br>

<table border=0 align=right><tr><td><img src="rutherford.gif" alt="卢瑟福"></td></tr></table>

　　卢瑟福的学生来自十几个个国家，由他直接培养并沿着他指导的研究方向进行研究而获诺贝尔奖的达11人，由于受到他的影响和间接作用而获诺贝尔奖的还有几人，如果再加上几位具有获奖水平而未能获奖的“第41席占有者”，卢瑟福培养的伟大科学家将近20位。这无疑是个人培养伟大科学家的吉尼斯世界纪录。这些人中包括在麦克吉尔大学时的助手索迪和哈恩；在曼切斯特大学时的玻尔、海尔韦希，在剑桥大学时的查德威克、布莱克特、阿普顿、鲍威尔、考克饶夫、瓦尔顿和卡皮查，以及受到影响的阿斯顿、狄拉克和贝特，他们都是诺贝尔奖获得者；还有未获奖的盖革(H.Geiger)、马斯顿(E.Marsden)、莫斯莱(H.G.J.Moseley)、奥立芬特(M.Oliphant)等著名物理学家。<br><br>

　　卢瑟福能成为领袖型科学家的原因是：①他的“科学是国际的”的观点。他认为科学是没有国界的，主张实行有教无类。无论是在蒙特利尔、曼切斯特还是在剑桥，他一方面与有关国家的物理学家、化学家和数学家保持着广泛的联系和合作，另一方面又打破国家、种族和信仰的界限，广泛招收和培养优秀的青年科技人才。②不拘一格选拔人才。卢瑟福识别人才就像他的科学研究一样，有着敏锐的慧眼和深邃的洞察力。卢瑟福破格录用卡皮查是一个典型例子。卡皮查是来自社会主义国家的年轻人，具有共产主义意识，要收这样的人需冒一定风险；而且那时研究生招生名额已满，但是卢瑟福还是因为卡皮查灵活、锐利的头脑把卡皮查留了下来。③对人具有亲和力。卢瑟福对人热情、诚恳，与人为善，团结每一个成员。几乎所有在他身边工作或者学习的人，一旦和他交往，就会结成终身友谊。卢瑟福帮助学生选好研究题目，鼓励和关心他们的实验研究，但在文章发表时却不署自己的名字。④顺应时代需要改革科研管理体制。由于研究人员和研究生数量的增加，由一两个研究指导负责的科研体制已经不能适应管理上的要求。卢瑟福在卡文迪什实验室设立了4个大组并由组长分头负责的新体制，从而发挥其他科学家的管理和带头作用。<br><br>

<br><center><b>7、德尔布吕克与噬菌体研究小组<br><br></center></b>

　　噬菌体研究小组是由不同大学的科学家在一起或者分散地研究病毒细菌即噬菌体的非正式的组织，其核心人物是德尔布吕克（Max Delbruck，1906-1981）、卢里亚（Salvador Luria，1912-1991）.和赫尔希（Al Hershey，1908-），他们于1969年共同分享了诺贝尔生理医学奖；其杰出人物还包括因发现DNA螺旋结构而1962年获诺贝尔奖的沃森和1975年获奖的杜尔贝科（Renato Dulbecco，1914-），其他成员还有核链式反应之父西拉德和原子科学家默里森（Phillip Morrison）等。<br><br>

　　德尔布吕克早期的兴趣是天文学，当意识到德国天文学在20世纪20年代已经衰败后，便转向了量子力学。1931年的夏天德尔布吕克来到哥本哈根，在玻尔的指导下学习。后来噬菌体小组的开放、批评的学术风气也得益于此。他也曾同迈特纳一起工作，但是希特勒统治下的德国的科学气氛使他无法忍受，1937年他得到洛克菲勒基金的赞助而到了美国，1938年迈特纳等人就发现了核裂变现象。<br><br>

　　德尔布吕克对生物学的兴趣也是首到了玻尔的影响。他认为物理学的互补原理可能于生物学有类似性，沿着这条道路研究会有新的收获。特别是1938年8月玻尔在一次国际会议上，提出了生命过程是物理和化学过程的互补的观点，直接使德尔布吕克的兴趣由物理学转向了生物学。<br><br>

　　1937年他曾希望到加州理工学院摩尔根的实验室谋求职位，研究果蝇。但到达帕萨迪纳后，他遇到了艾里斯（Emory Ellis），艾里斯把噬菌体介绍给了德尔布吕克。德尔布吕克深厚的物理学背景知识使自己马上认识到了噬菌体的重要性：噬菌体对生物学就相当于氢原子对物理学一样。<br><br>

　　1940年德尔布吕克在范德比尔大学获得了一个职位。1941年在美国费城召开的物理学会的一次会议上，德尔布吕克遇到了卢里亚。出生于意大利的卢里亚虽然不是物理学家，但对物理学感兴趣。两人在噬菌体这个话题上产生了共同的兴趣，来到了位于纽约的内外科医学院卢里亚的实验室，进行了两天的实验，奠定了他们后来十多年合作的基础。1941年夏天， 德尔布吕克计划参加在冷泉港举行的年度学术会议，邀请卢里亚前往，以便在会后的时间继续实验，卢里亚接受了邀请。噬菌体小组就正式诞生了。1943年，德尔布吕克邀请在华盛顿大学进行噬菌体研究的赫尔希到范德比尔大学共同做一些实验，这样噬菌体小组的3个核心人物真正走到了一起。<br><br>

　　德尔布吕克是这个群体的精神领袖，一个具有超凡魅力和才气横溢的、由物理学专项生物学研究的德籍科学家。首先是德尔布吕克把噬菌体的研究从含糊的经验知识变成了一门精确的科学。他分析和规定了精确测定生物效应的条件，与卢里亚一起精心设计出定量的方法，并且确立了统计求值的标准。有了这些，才有可能在后来展开深入的研究。德尔布吕克和卢里亚的长处或许主要在于理论分析，赫尔希则是突出地表现出是一位非常熟练的实验家。他们三位在这些方面也是很好的补充。<br><br>

　　克兰在《无形学院》中，认为噬菌体研究小组的许多特征和在法国活跃了30年、数学上著名的布尔巴基学派有相似之处。例如，在研究领域中提出激进的新方法；小组成员对彼此的著作持强烈的批判态度；道德高尚；有清楚的研究风格；有几个声誉极高的领袖人物，它们在很长的时间里保持了对小组的献身精神；小组内威信较低的成员是流动的；容易吸收新成员；小组中很多成员是分散的，小组的活动集中在他们的领袖人数所在的一个或两个研究机构。<a href="19.htm#注" class=v3><sup>[5]</sup></a> <br><br>

　　德尔布吕克是一位物理学家，卢里亚是一位内科医生，赫尔希是一位生物化学家，他们三个人互相配合，奠定了成功的基础。他们各有自己的学术背景和研究方法，因此能够对一些根本问题展开真正的“集中攻击”，他们各自独立工作，但又保持密切的联系。起初，他们形成自己的学派，他们所创造的富有启发性的学术气氛吸引了一些来自不同领域、有着许多不同观点的有才华的科学家。在他们的指导下，事业以爆炸性的速度向前发展。1943年，德尔布吕克和卢里亚证明，在对噬菌体敏感的细菌培养液中，由于自发变异和选择，出现了对噬菌体由抵抗力的变种。1945年，赫尔希和卢里亚各自独立的发现：噬菌体和它们的寄主菌体一样发生自发的变异。1952年，赫尔希和助手蔡斯(Martha Chase)病毒传递和复制遗传特性时核糖核酸起着基本作用。1953年，受到这个研究结果的启发，沃森和克里克提出了脱氧核糖核酸的双螺旋结构。德尔布吕克后来指导博士后研究生杜尔贝科介入肿瘤病毒学的研究，杜尔贝科由于发现肿瘤病毒和细胞遗传之间的相互作用，1975年与巴尔的摩、特明（H.M.Temin,1934－）分享了诺贝尔生理医学奖。<br><br>
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<a name="#注">注：<br></a>
　　1、詹姆斯·麦各雷戈·伯恩斯，领袖论，中国社会科学出版社，1996。pp501-502。<br><br>

　　2、李伦，试论科学学派的形成机制，科学学研究，1997（3）。<br><br>

　　3、参见《历史上的自然科学研究学派》（张家治 邢润川主编，科学出版社，1993），p10<br><br>

　　4、Helmut Steiner Scientific Schools in Socialism: The Example of Abram F. Joffe's Physicists' School.，Sociology of Science and research, edited by János Farkas,Akadémiai Kiadó,Budapest 1979,p191-201<br><br>

　　5、戴安娜·克兰著，刘珺珺等译，无形学院－知识在科学共同体的扩散，华夏出版社，p33。

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<font color=thistle><b>本文有关信息：</b></font><br>
《自牛顿以来的科学家——近现代科学家群体透视》<br>
张九庆　著<br>
收录时间：2002.04<br>
来源：授权发表<br>
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<font color=thistle><b>该作者其它作品：<br></b></font>

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