尼尔斯玻尔参加过世界杯吗 (尼尔斯·玻尔数学水平)

作者 陈怡 本文首发于上海科技报

今天,人们如果去丹麦的哥本哈根旅游,还能看到一间小房子,外面挂了个木牌,其上写有“1885年,尼尔斯·玻尔诞生于此”的字样。尼尔斯·玻尔之所以至今受人敬重,是因为他在在1913年提出了原子的量子化模型,这项成果使他成为带给当时和后世物理学以极大灵感的量子物理的三大奠基人之一,而由他创建的哥本哈根学派也一度成为世界上力量最雄厚的物理学派。

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2013年,由上海市科协主办、上海市核学会承办的纪念玻尔量子力学理论诞生100周年座谈会上。尼尔斯•玻尔的孙子威廉•玻尔夫妇前来参加,也还原了一个真实的玻尔的形象。

快乐、幽默的物理学家

威廉•玻尔在会上作了题为《尼尔斯•玻尔——物理学背后的人生》的演讲,以丰富的图片和生动的故事再现了尼尔斯•玻尔当年真实的生活场景和人生经历。在这位来自科学世家、从事有关衰老的分子和细胞代谢过程研究的哥本哈根大学医学院教授看来,他的祖辈和周围的朋友们“辛勤工作,但生活中充满了欢乐”。

据威廉介绍,他的曾祖父克里斯蒂安·玻尔是个生理学家,在哥本哈根大学任教,发现了血红蛋白如何在血液不同环境下与氧气结合和分散。他平日喜欢把科学家邀请到家中畅谈问题,这对幼年的尼尔斯·玻尔产生了很深的影响,引发了他对科学的兴趣。

威廉此行带来的一组生动的家族照片中,有一张就是三代玻尔一起在黑板前演算、比画。这不禁让人联想起著名数学家陈省身临终前,曾立遗嘱:不立墓碑,但在坟头竖一黑板,供往来学子演算数学。看来不分中西,科学家所爱略同。

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但与许多中国科学家生活清苦、单调的形象不同,威廉眼中祖父的人生大致幸福美满。他住在嘉士伯啤酒厂创办人捐赠给丹麦皇家科学院、丹麦皇家科学院因玻尔的杰出贡献而转赠给他一家使用的“豪宅”里,有别墅,身体强健,爱踢足球,家中常办盛宴,往来皆是精英,甚至连丹麦女王都经常光临,而他童年时互相打架的小伙伴,长大后居然也会是他研究所的经费筹集人。经过了戏剧化处理的尼尔斯•玻尔的漫画常常登上丹麦各大报刊,在其中一幅著名的漫画中,被丹麦政府荣封为“骑象勋爵”的玻尔骑在一头大象上,丹麦女王称赞他是“丹麦最聪明的人”,“只要看看你的喉咙就能给你妈妈开合适的药方来治你的病”。

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威廉评价自己的祖父最大的特点是:谦卑、开放、幽默、精神和体力资源都丰盛,认为他与祖母玛格丽特是“卓越的组合、最好的团队、终身的灵魂伴侣”。据说由于玻尔不信上帝,不信有一种超越、掌控一切的力量,1912年时,当丹麦的家庭几乎都还在教堂举行婚礼时,玻尔与玛格丽特的婚礼在民政厅举行,这在当时是非常前卫的。而玛格丽特也堪称是丹麦历史上唯一一个两次参加过诺奖授奖典礼的女士——她的丈夫尼尔斯·玻尔和儿子奥格·尼尔斯·玻尔分别于1922年和1975年获得了诺贝尔物理学奖。这自然也离不开玻尔家族的家教传统。“当我们一家人聚餐时,祖父经常会在饭桌上提出一些问题,让我们计算。那些问题经常是具有挑战性的,即使是讲笑话,他也要我们开动脑筋,面对各种问题,提出不同的视角。”威廉回忆说。

走神又较真的足球运动员

在威廉·玻尔的印象中,尼尔斯·玻尔生活中有一项重要的娱乐就是足球。他和弟弟哈若德·豪格斯特·玻尔是一生的挚友,两人都当过足球运动员。不同的是,在丹麦,作为球星的哈若德·豪格斯特·玻尔的知名度远比哥哥要高。甚至当1922年玻尔获得诺贝尔奖时,丹麦报纸普遍采用的标题都是:《授予著名足球运动员尼尔斯·玻尔诺贝尔奖》。在1908年伦敦举行的奥运会上,数学家兼丹麦国家队顶级守门员哈若德·豪格斯特·玻尔在足球赛中大显身手,屡建奇功,并使丹麦队最后赢得男子足球项目的银牌,因此一战成为全丹麦闻名的人物。而玻尔虽然在18岁进入哥本哈根大学后,很快成为了哥本哈根大学足球俱乐部的明星守门员,但他后来更专心于原子物理的研究,在球场上习惯一边心不在焉地守着球门,一边用粉笔在门框上排演公式。尽管如此,业余时间他仍把踢足球当作休息,并坚持参加训练和比赛。

在玻尔家族中,至今流传着一个与足球有关的著名笑话:依照惯例,被任命为教授后,玻尔要随众觐见一次国王或女王。当他觐见时,国*克王**里斯蒂安十世说:“很高兴见到著名足球运动员玻尔。”“对不起,陛下可能是想到了我的弟弟。”玻尔马上提醒国王——自己的弟弟才是那位“著名足球运动员”。但按照规则,臣民在觐见中是不能反驳国王的。玻尔的表现让国王非常意外,他只好重新表示“很高兴见到著名足球运动员玻尔”。不料臣民又回应说:“不错,玻尔是一个足球运动员,但他有一个弟弟,才是‘著名的’足球运动员。”也许是因为接见有指定的话语和程序,国王又再次重复了一遍自己的话,谁料到,玻尔再次不折不挠地认真纠正:“我的兄弟才是,我本人不能当其盛誉。”据说国王当时非常尴尬,只好立即说:“觐见结束”。于是,1916年的这场觐见,因为玻尔的较真而匆匆结束。

开放、谦卑的科学巨人

玻尔一生朋友众多,德国物理学家、量子力学的创始人之一海森堡是其中著名的一个。但玻尔与海森堡的友谊一直是科学史上一段旁人难以窥透的关系。据威廉介绍,海森堡1920年代到丹麦,是尼尔森·玻尔的密友之一,也一度被看作他们家庭的一员。他非常睿智,建立了很多数学模型,在丹麦经过多年培训后,他先回到了德国,1941年,再次抵达哥本哈根。当时的德国已经占领了法国、丹麦,正处于二战的巅峰期,哥本哈根街头巷尾都出现了德国*队军**的身影。海森堡当时是应德国一个文化学会的邀请到哥本哈根作一个关于物理学的讲座,但尼尔斯·玻尔研究所的成员无一人出席这个讲座。不过,海森堡仍然坚持要拜访玻尔,他在嘉士伯豪宅里与玻尔一家一起吃了顿晚饭,晚宴上大家主要还是讨论物理。玻尔一家猜测,海森堡认为当时尼尔斯·玻尔已经知道了如何利用原子分裂制造原*弹子**,也许那次他是想来探探话,而尼尔斯·玻尔当时正帮助了一批犹太裔的德国物理学家逃到战时的中立国瑞士去。海森堡一直搞不清玻尔究竟是怎么想的,将来是否会与其合作。他宣称德国会占领全世界,号召丹麦物理学家加入他在德国开展的研究。尼尔斯·玻尔的太太玛格丽特对此表示非常愤慨,但尼尔斯本人并未表现出愤怒。“学术关系使他和海森堡曾经保持了很好的友谊,但作为我所熟悉的祖父,我认为后来政治上的分歧使他在心底里是不喜欢海森堡的。”威廉·玻尔说。

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有意思的是,与海森堡对玻尔想法的不确定类似,尼尔斯·玻尔认为海森堡计算出来的制造原*弹子**所需的质子数比实际扩大了100倍,这个错误犯在海森堡那样的大家身上似乎很离奇,而且直到战争后期,德国确实也没有造出原*弹子**,所以玻尔也搞不清当时海森堡究竟是想帮助希特勒还是害希特勒。战后海森堡被英军逮捕,关在一个农场里。他在整个物理学界已变得令人讨厌,他自己则到死也不明白自己为什么到处受人憎恨。1961年到1962年期间,对人总是持比较正面的态度、对每个人都尽力而为玻尔给海森堡写了封信,但因当时海森堡到处受人憎恨,他最终没有寄出这封信。所以,大多数人始终不知道玻尔在信里到底对海森堡说了些什么,但据威廉介绍,这封信如今在网上的玻尔档案馆里可以看到。

玻尔与海森堡前前后后这段类似间谍故事的往事后来被称编成了一出题为《哥本哈根》的话剧,不断被后人演绎。可喜的是,每一次这部话剧上演的时候,玻尔家族档案馆网站的点击率就会上升十倍以上。

被问及“为什么玻尔研究所在上世纪二三十年代能成为世界理论物理研究的中心,32名诺奖得主由此诞生,那是个怎样的环境?”时,威廉·玻尔回答说:“作为一个科学巨人,必须足够聪明、开放、幽默、谦卑。玻尔有一句著名的格言:我不怕在年青人面前承认自己的愚蠢和无知。”他觉得中国的青年学者比较关注如何发表论文、提高影响因子,而缺少对成为一名大家的人格魅力的关注。

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一位最近刚过世的丹麦哲学家在其著作中曾经评论:尼尔斯·玻尔作为一个哲学家的影响要大于他作为一个物理学家的影响。威廉·玻尔认为,这个对于他祖父的评价某种程度上是准确的。他从小感受玻尔对各种哲学文献都广阅博览,特别注重如何正确、精确地描述现象和观点。威廉在座谈会上用PPT向与会者展示了尼尔斯·玻尔勋盾上的核心图案——中国太极的阴阳八卦图,认为这最能直接传达祖父的思想。在玻尔看来,真理往往是对立统一的,这也是科学的最高境界。比如“生活是美好的”是一个真理,而“生活是一场磨难”也是一个真理。其实,人们如果仔细观察被外界认为一生幸福的玻尔本人的系列照片,也许也可以窥得这条真理。