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踢好足球不耽误获诺奖:玻尔趣闻

肆客足球 10-21

前注:本文授权转载自 中国农业大学陈奎孚教授的个人公众号:图形公式不烦恼

尼尔斯 · 亨利克 · 大卫 · 玻尔丹麦物理学家,1885 年 10 月 7 日生于哥本哈根。哥本哈根学派的创始人 , 量子力学先驱。1922 年荣获诺贝尔物理学奖。1944 年玻尔在美国参加了和原子弹有关的理论研究。1947 年丹麦政府为了表彰玻尔的功绩,封他为 " 骑象勋爵 "。

他对量子力学的贡献使他成为 20 世纪上半叶与爱因斯坦并驾齐驱的、最伟大的物理学家之一。

量子力学真的很难懂,只好外行看热闹,听听他的趣闻 ( 真假自辨 ) 。

玻尔进入哥本哈根大学后,很快就成了哥本哈根大学足球俱乐部的明星守门员,他习惯在足球场上一边心不在焉地守着球门,一边用粉笔在门框上排演着公式。

玻尔后来进入科研机构,专心于原子物理研究,但他仍不忘心爱的足球,业余时间常把踢足球当做休息 , 成为一名不折不扣的 " 科学家球星 "。不过他也有分神的时候,据丹麦 AB 队史料记载,在一场 AB 队与德国特维达队的比赛中,德国人外围远射,玻尔却在门柱旁边思考一道数学难题。

1922 年玻尔荣获诺贝尔物理奖时 , 丹麦一家报纸曾风趣地报导说 : 授予 " 著名足球运动员尼耳斯 · 玻尔 " 诺贝尔物理奖。

玻尔足球和物理学都很精彩。是不是让咱们的男足们也学点物理啥的,到时候不管是诺贝尔奖,还是走出走出国门,弄成哪一项都行。

玻尔博士毕业后去英国学习,先在剑桥约瑟夫 · 约翰 · 汤姆生(Joseph John Thomson)主持的卡文迪许实验室,几个月后转赴曼彻斯特,参加了以欧内斯特 · 卢瑟福为首的科学集体,从此和欧内斯特 · 卢瑟福建立了长期的密切关系。

1937 年 , 厄内斯特 · 卢瑟福逝世时 , 玻尔悲痛欲绝地说 :" 对我来说 , 他几乎是我的第二个父亲 !" 为了表达对恩师的怀念 , 玻尔把自己最小的儿子取名为厄内斯特 · 玻尔。要是在中国,与尊敬或长辈重名是非常忌讳的。

卢瑟福

1943 年 9 月底 , 玻尔在获得了希特勒要劫持他到德国去的消息后的第二天 , 人们用一只小渔船 , 通过厄勒海峡的一条秘密通道 , 把这位富有传奇色彩的人物 , 冒险地送到了位于彼岸的瑞典。之后坐一架小飞机到达伦敦。为了防止被人发现,飞机要飞得很高。

据说玻尔因为专心思考,而忘记了戴氧气面罩;另一种说法是玻尔的头太大,面罩尺寸不合适,使得玻尔在空中曾失去了知觉。

1944 年初,玻尔同他的第四个儿子 A · 玻尔 ( 后在 1975 年获诺贝尔物理奖 ) 前往美国的洛斯阿拉莫斯 , 参加研制原子弹的 " 曼哈顿计划 "。

年过花甲的玻尔 , 受到大家的崇敬,亲昵地称他为 " 尼克大叔 "。因为当时绝对不能提真名字 , 否则让别人知道玻尔在此 , 则整个 " 曼哈顿计划 " 就泄密了。

第二次世界大战结束后。玻尔从美国回到了他的祖国—丹麦。他将他的那枚诺贝尔金质奖章进行了重铸。因为当年他离开丹麦时 , 怕法西斯的迫害而把这枚奖章溶解在 " 王水 " 里了。

爱因斯坦与玻尔围绕关于量子力学理论基础的解释问题,开展了长期而剧烈的争论,但他们始终是一对相互尊敬的好朋友。

玻尔高度评价这种争论,认为它是自己 " 许多新思想产生的源泉 ",而爱因斯坦则高度称赞玻尔:" 作为一位科学思想家,玻尔所以有这么惊人的吸引力,在于他具有大胆和谨慎这两种品质的难得融合;很少有谁对隐秘的事物具有这一种直觉的理解力,同时又兼有这样强有力的批判能力。他不但具有关于细节的全部知识,而且还始终坚定地注视着基本原理。他无疑是我们时代科学领域中最伟大的发现者之一。"

有次爱因斯坦诘问玻尔 :" 请您说一下 , 究竟什么是光 ?" 玻尔毫不客气地说 :" 您可以去请德国政府下道命令 : 光就是波 , 禁止利用光电效应 ; 或音光就是微粒 , 禁止利用光栅衍射。"

玻尔是量子力学中著名的哥本哈根学派的领袖,他以自己的崇高威望在他周围吸引了国内外一大批杰出的物理学家,创建了哥本哈根学派。

他们不仅创建了量子力学的基础理论,并给予合理的解释,使量子力学得到许多新应用,如原子辐射、化学键、晶体结构、金属态等。更难能可贵的是,玻尔与他的同事在创建与发展科学的同时,还创造了 " 哥本哈根精神 " ——这是一种独特的、浓厚的、平等自由地讨论和相互紧密地合作的学术气氛。

直到今天,很多人还说 " 哥本哈根精神 " 在国际物理学界是独一无二的。

曾经有人问玻尔:" 你是怎么把那么多有才华的青年人团结在身边的?"

他回答说:" 因为我不怕在年青人面前承认自己知识的不足,不怕承认自己是傻瓜。"

实际上,人们对原子物理的理解,即对所谓原子系统量子理论的理解,始于本世纪初,完成于 20 年代,然而 " 从开始到结束,玻尔那种充满着高度创造性,锐敏和带有批判性的精神,始终指引着他的事业的方向,使之深入,直到最后完成。"

哥本哈根学派三巨头:玻尔,海森堡,泡利

玻尔和爱因斯坦是在 1920 年相识的。

那一年,年轻的玻尔第一次到柏林讲学,和爱因斯坦结下了长达 35 年的友谊。但也就是在他们初次见面之后,两人即在认识上发生分歧,随之展开了终身论战。

他们只要见面,就会唇枪舌剑,辩论不已。

1946 年,玻尔为纪念爱因斯坦 70 寿辰文集撰写文章。当文集出版时,爱因斯坦则在文集末尾撰写了长篇《答词》,尖锐反驳玻尔等人的观点。他们的论战长达 30 年之久,直至爱因斯坦去世。但是,长期论战丝毫不影响他们深厚的情谊,他们一直互相关心,互相尊重。

爱因斯坦本来早该获得诺贝尔奖,但由于当时有不少人对相对论持有偏见,直到 1922 年秋才回避相对论的争论,授予他上年度诺贝尔物理奖,并决定把本年度的诺贝尔物理奖授予玻尔。

这两项决定破例同时发表。爱因斯坦当时正赴日本,在途经上海时接到了授奖通知。而玻尔对爱因斯坦长期未能获得诺贝尔奖深感不安,怕自己在爱因斯坦之前获奖。因此,当玻尔得知这一消息后非常高兴。立即写信给旅途中的爱因斯坦。

玻尔非常谦虚,他在信中表示,自己之所以能取得一些成绩,是因为爱因斯坦作出了奠基性的贡献。因此,爱因斯坦能在他之前获得诺贝尔奖,他觉得这是 " 莫大的幸福 "。

爱因斯坦在接到玻尔的信后,当即回了信。

信中说:" 我在日本启程之前不久收到了您热情的来信。我可以毫不夸张地说,它象诺贝尔奖一样,使我感到快乐。您担心在我之前获得这项奖金。您的这种担心我觉得特别可爱——它显示了玻尔的本色。"

被誉为 " 科学界最牛合影 "

当费曼还在美国 LosAlamos 实验室工作时,职位很低。

第二次世界大战期间,这个实验室研究设计并制造了原子弹,所以有不少重要的物理学家都来过这里。一天,玻尔与他的儿子小玻尔(当时他们的名字分别叫尼古拉 · 贝克和吉姆 · 贝克)也来了。即使是对于该实验室的大头头们,玻尔也是个神,每个人都想一睹玻尔的风采。

与玻尔聚会讨论的会议开始了,人到了很多,费曼坐在一个角落里,只能从前面二个人的脑袋之间看到玻尔……

举行下一次会议的那天早晨,费曼接到一个电话,

" 喂,是费曼么?"

" 是的。"

" 我是吉姆 · 贝克,我父亲与我想找你谈谈。"

" 我吗?我是费曼,我只是个(小伙计)…… "

" 是找你,8 点钟见面行吗?"

到了 8 点,费曼与玻尔父子在办公室相见。玻尔说:" 我们一直在想怎样能使炸弹更有威力,想法是这样的…… "

费曼说:" 不行,这个想法不行,不有效…… "

" 那么换一个办法如何呢?"

" 那要好一些,但这里也有愚蠢之处。"

他们讨论了约二个小时,对于各种想法反复推敲着、争论着。玻尔不断地点燃着烟斗,因为它老是灭掉。

最后玻尔边点燃烟斗边说:" 我想现在我们应该把大头头们叫来讨论了。"

小玻尔后来对费曼解释,上一次开会时,他父亲对他说:" 记住那个坐在后面的小伙子的名字了么?他是这里唯一不怕我的人,只有他才会指出我的想法是否疯了。所以下次我们讨论想法时,将不与那些只会说‘是的,玻尔先生,这一切都行得通’的人讨论。把那个小家伙叫来,我们先跟他讨论。"

费曼于是恍然大悟,为什么玻尔单打电话叫他。

费曼 1965 年诺贝尔物理学奖得主

" 说明如何用气压计去断定摩天大厦的高度?" 这是哥本哈根大学物理系学位考试的一个问题。

有一考生答:" 将一条长长的绳子绑在气压计上,然后将气压计从摩天大厦的天台吊到地面。绳子的长度加上气压计的长度便是大厦的高度。"

这个高度原创的答案让考官气得马上给了该考生不及格,考生以答案无可置疑的正确为理由上诉,大学委派了独立仲裁员去办这一件学案。

仲裁员认为答案是对的,但却没有显露出多少物理学知识。为了平息这场风波,校方决定传召此考生,让他用六分钟的时间,以口头表达的方式说出一个包含物理学基本原则的答案。

前五分钟,该考生坐着默不作声,抚额沉思。校方提醒该考生时间要到了,考生却回答说他有几个极之切题的答案,但他无法决定用哪一个作答。经再次催促之后,该考生回答如下:

" 你可以将气压计带上摩天大厦的天台,抛出街外,然后测量气压计到达地面所需的时间。大厦的高度便可用公式 H=0.5gt2(高中的知识)算出来。"

" 如果天上有阳光,你可以测量气压计的高度,再将气压计竖立起来测量它的影子的长度。然后测量摩天大厦的影子的长度,如此就可轻易地用比例来推断出大厦的高度。"

" 如果摩天大厦有外露式楼梯,可能这样更容易:徒步走上楼梯,用气压计的长度分段量度摩天大厦的高度,然后将所有分段长度加起来。"

" 但因为我们老是被教诲要独立思考和应用科学方法,最好的方法就是敲清洁工人的房门,然后问他:‘你想要一个精美的气压计的话,我可以将我的这一个给你,但你要告诉我这幢摩天大厦的高度。’ "

这一位考生就是玻尔。

文:陈奎孚

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