M·玻恩：一个广为涉猎德才兼备的诺贝尔奖得主

程民治

（巢湖学院物理与电子科学系，安徽 巢湖 238000）

M·玻恩：一个广为涉猎德才兼备的诺贝尔奖得主

程民治

（巢湖学院物理与电子科学系，安徽 巢湖 238000）

本文简要地介绍了M玻恩的成才之路，在科学上的卓越贡献，精湛的实验科学观，执著于教坛的风采，反对战争、热爱和平、为人类谋幸福的精神风范，及其丰富而深邃的科学哲学思想等。籍以启发和教育后人，效法先师，奋力去求真、务实、拼搏进取，造福于人类。

M·玻恩，量子力学，晶格动力学，诺贝尔奖

麦克斯 玻恩（Max Born,1882-1970）是20世纪杰出的理论物理学家。他奠定了晶格动力学的基础，参与了量子力学的奠基性研究，并创立了哥丁根物理学派，使哥丁根成为20年代后期与30年代初期世界物理学的中心之一。特别是他因对波函数所作出的统计诠释，而分享了1954年度的诺贝尔物理奖，使玻恩成为现代物理学的一代宗师。从而博得了科学界，特别是30-40年代学习物理的那一代人对他的无限崇敬与景仰。现拟就玻恩伟大而辉煌的科研、教学与社会人生，作一简要的论述。

1 成长于科学氛围浓郁的家庭

玻恩于1882年12月11日，出生在德国普鲁士的布雷斯劳（Breslau），具犹太血统。他的父亲是布雷斯劳大学医学系解剖学和生理学教授。只因玻恩少时患有支气管炎，不仅使他正常入学的时间被推迟，而且各科成绩均很平庸，尤其是对数学兴趣不大。然而，玻恩的课余生活却是多姿多彩的。他一方面从小就经常来到父亲的实验室，深受其父的影响，自幼就具有出色的动手能力；稍大一点后，玻恩还被允许聆听父亲同当时医学、生理学界的一些名流，所进行的各种名目繁多的学术讨论。另一方面玻恩还对各种机械制作发生了浓厚的兴趣，如他成功做过邮车等模型。如此丰富的课余生活，既使玻恩增长了见识，培养了实验技巧，开阔了眼界，又使他从小就训练成了一种难得的思维品质：力图以新的思路消化接触到的概念，并注意概念彼此之间的内在联系，从而使他的智商有了长足的发展。据此，玻恩后来在回首往事时，曾动情地写道：“我真正的生活是在学校之外……”[1]。

1900年7月，他的父亲在病故前，建议玻恩在选择某种固定专业之前，一定要多听各种不同学科的课程。进入中学后又在其父生前的助手拉赫曼的引导下，玻恩认真地拜读了马克思的经典著作和康德（I.kant）、黑格尔（G.F.W.Hegel）的哲学，这可以说是他所受到的哲学启蒙。也是由于这位年青人的指点，玻恩对天文学和宇宙学发生了兴趣，并从此决心献身于科学研究，有过实验的经历。如他曾协助物理老师制造过金属检波器以及其他小仪器。

1901年，19岁的玻恩进入布雷斯劳大学，除了主修天文，他还如饥似渴地学习了数学、物理、化学、生物和哲学，甚至制作过功能齐全实用的天文望远镜。玻恩于1904年从布雷斯劳大学毕业后，还曾就读于海德尔堡大学和苏黎世大学。但对他的成才最具决定性意义的是，玻恩于1905年前往哥丁根大学求学。因为在这里，他有幸听取了仰慕已久的三位科学大师开设的数学与物理课程。他们分别是克莱因（F.Klein）、希尔伯特（D.Hilbert）和闵可夫斯基(H.Minkowski)。 日后一提起这段求学经历，玻恩总是豪情满怀，激动不已，说希尔伯特和闵可夫斯基不仅以其崇高的人品，深深地征服了他，而且这两位伟大数学家观察世界的方式也给了他难以忘怀的深刻印象。一年后玻恩荣幸地成了希尔伯特的私人助手，由于深受这位恩师的潜移默化,以至于从玻恩的身上，他的同事都可以窥见到希尔伯特的影子。

1907年1月，玻恩由于在弹性领域的出色工作获得了博士学位。1912年他被受聘为哥丁根大学无薪金讲师。尔后，又分别担任过柏林大学教授和法兰克福大学理论物理系主任，并于1921年接替了德拜（P.J.W Debye）成为哥丁根大学的教授和物理系主任。1933年希特勒在德国掌权以后，玻恩由于犹太血统关系，被剥夺了教授职位和财产。就在这一年5月，他流亡到英国，并于1936年接替达尔文（C.G.Darvin）任爱丁堡大学教授。

2 广泛涉猎博采众长业绩显赫

玻恩一生涉足的研究领域极其广泛，如相对论、量子力学、流体理论、分子理论、超导理论和光学，等等。特别是在其中的两大领域所作出的贡献，在国际物理学界享有盛名，从而使他分别被尊称为“晶格动力学之父”和“量子力学的杰出先驱”。现分述如下：

2.1 在晶格动力学领域。首先，针对19世纪末晶体学悬而未决的一大世界之谜--杜隆-珀替定律（Dulong-Peitit′s law），玻恩与冯·卡门（T.Von kármán）合作，决心攻克这个堡垒。他们从“晶格是物理实体”的信念出发，力图给出晶体作为动力学体系的图象。经过不懈的努力，他俩终于以其合作发表的论文，奠定了晶格动力学的基础，并引入了这一领域的几乎所有的基本概念。后来，玻恩还带领他的许多学生，发展了基于晶格动力学的固体的热学、光学和力学理论。就晶体研究的理论意义上来说，如果将玻恩与冯·卡门取得的这一成就，和德拜对同一课题所做的工作相比较，无疑他俩的成果更为重要，因为前者所创立的理论是以较完善而严格的原子动力学原理为基础的。特别是前者还使玻恩清晰地认识到：普朗克（M.Plank）的作用量子h不可能象普朗克本人所希望的那样可以同牛顿（I.Newton）或麦克斯韦（J.C.Maxwell）的理论揉合在一起，原子领域需要一种更基本的新力学。因为固体的振动不再是单个粒子或粒子群的经典振动，而是以一种新的模式振动。

其次，在离子晶体方面，玻恩和他的学生兰德（A.Landé）于1918年对离子晶体进行了潜身的探索和研究，并在马德隆（E.Madelung）的帮助下奠定了离子晶体的经典理论，有学者认为这或许是开启了这一研究领域的历史先河。玻恩还和哈伯（F.Haber）联手，根据“焓H的总变化与实现变化的中间步骤无关的原理”，率先创立了仅用物理数据就能决定反应热的方法，此法后来被称为玻恩-哈伯环。

玻恩在晶格动力学方面所取得的累累硕果，集中反映在他的三部权威性的伟大著作中。它们分别是：《晶格动力学》（1915年）、《固体的原子理论》（1923 年）、《晶格动力学理论》（1954 年，与我国物理学家黄昆合著）。

2.2 在量子理论方面。为了创立一种更基本的新理论来代替玻尔（N.Bohr）的旧量子理论,玻恩于1922年，就和其助手泡利（W.Bauli）共同深入讨论了将微扰理论应用于原子理论，并于次年就同海森伯（W.Heisenberg）合作对氦原子进行了研究。在此基础上，玻恩在1924年发表的一篇论文中，首次使用了“量子力学”这个术语，给期待出现的新理论进行了命名。1925年，海森伯天才地提出他“关于运动学和力学关系的量子理论”，玻恩以他昔日训练有素的数学才能，立即洞察到海森伯理论的表达形式与矩阵代数相一致，随后他和海森伯、约旦（E.P.Jordan）合作发表了长篇论文，以严整的数学形式全面系统地阐明了海森伯的理论。

1926年，在薛定谔提出波动力学后，人们普遍感到困惑的是其中某些关键性概念（例如波函数）的物理意义很不明确。针对这一状况，玻恩在于1926年6月所发表的一篇题为 《散射过程的量子力学》的论文中，根据他对具体的碰撞问题的分析，提出了波函数的统计诠释——波函数的二次方代表粒子出现的几率，并以此对薛定谔的波动力学作了重要的补充。从而使波动力学最终为国际物理学界所广为接受。也正是由于玻恩的这一杰出的贡献，使他成了1954年诺贝尔物理学奖的得主之一。玻恩后来在回忆他是怎样想出这一诠释时写道：“爱因斯坦的观点又一次引导了我。他曾经把光波振幅解释为光子出现的几率密度，从而使粒子（光量子或光子）和波的二象性成为可以理解的。这个观念马上可以推广到函数上：必须是电子（或其他粒子）的几率密度。 ”[2]（P.189）

玻恩在量子力学方面的卓越贡献，除了上文中所述的之外，其主要代表作还有：

“The Statistical Interpretation of Quantum Mechanics”， Nobel Lectures：Physics，1942-1962，Elsevier Publishing Company，（1964），256～267。[2](P.189)

3 恪守“科学从实验中获得生命”

玻恩对实验的浓郁兴趣，以及他所一贯推崇的实验对于物理学理论的发展所起到的决定性作用，并没有因他成为一位理论物理学家而有所丝毫的削弱和放松，这在当时的历史背景下显得特别难能可贵。由于在20世纪上半叶，随着物理学理论的高度数学化和形式化，导致了一些著名的理论物理学家，都不约而同地踏上了在研究思想上远离实验的不归之路。如1933年，爱因斯坦（A.Einstein）在牛津大学的一次讲话中曾明确表示：“我坚信，我们能够用纯粹数学的构造来发现概念以及把这些概念联系起来的定律，这些概念和定律是理解自然现象的钥匙。……在某种意义上，我认为，像古代人所梦想的，纯粹思维能够把握实在，这种看法是正确的。”[3](P.316)1938年爱因斯坦还进一步概括了自己思想的转变历程和方法上的归宿：“从有点像马赫的那种怀疑的经验论出发，经过引力问题，我转变成为一个信仰唯理论的人，……成为一个到数学的简单性中去寻找真理的唯一可靠源泉的人。 ”[3]（P.380）更有甚者，狄拉克（P.A.M.Dirac）居然信奉：对于一条物理定律而言，拟合实验与具有数学形式上的美感两个权衡标准，后者更为重要。他宣称：“如果物理方程在数学上不美，那就标志着一种不足，意味着理论有缺陷，需要改进，有时候，数学美要比与实验相符合更重要。”[4]对于诸如爱因斯坦和狄拉克等这样伟大的科学家所持的观点，即迷失在理论之中而几乎忘记了客观世界的存在，玻恩建议说：“不要依赖抽象的推论，而要依靠经验事实去破译自然的秘密。 ”[5]（P.44）在他看来，“物理学家所使用的方法本质上是保持不变的：实验、观察有规则的现象，用数学表述定律，借助这些定律预言新的现象，把不同的经验规律组织成连贯的理论以满足我们的和谐感以及逻辑上的美感，并通过预言进一步再检验这些理论。 ”[5]（序言：P.94）并且玻恩还对那些远离实验的物理学家提出了诚恳的忠告：“……科学家应该永远牢记，……一个沉浸在自己的公式里而忘记了他要说明的现象的理论家，不是一个真正的科学家、一个真正的物理学家或化学家……”[6]（PP.188-189），因为“世界不是以一件成品的形式出现在内省的思想里。思想的图像只能从无数的感觉、经验、交流、记忆以及知觉基础上形成。 ”[5]（P.1）

到了1950年，玻恩进一步开宗明义地指出：“一个科学家必须是一个实在论者，他必须承认他的感觉印象来自外部实在世界的消息，而不是幻觉。”[5]（P.106）玻恩还将实验对于科学研究所具有的关键性作用推到了极致，即他坚持认为：“所有的物理学进步都源于对事实的合理解释，而不是出于（没有事实根据的）推测和沉思。”[7]（P.285）正因为玻恩高度重视实验研究，他当年在哥丁根大学任物理系主任时，物色了优秀的实验大师弗兰克（J.Franck）担当了实验物理学教授，并竭尽全力筹集资金，藉以为弗兰克的实验研究提供有力的保障。

玻恩的坚定不移的实验科学观，既与他如同上文中所述的自幼以来所展示出来的实验天赋密不可分，又与他的主观自觉息息相关，更是他坚如磐石的唯物主义哲学观的自然而必然的反映。

4 辛勤的园丁卓绝的教学实践

普朗克曾指出，不仅“玻恩博士是一位思维清晰、学识渊博、全心全意忠于其科学和科学进步的理论物理学家”，而且“他具备讲课和联络学生所必要的一切品德”。[8]（P.300）那末，玻恩是怎样以他高超的教学水平、个性特点和人格魅力，来影响和吸引自己的学生的呢？

首先，玻恩讲课相当出色，因材施教，注重对具有个性特长的优秀人材的培养。

玻恩1921年在哥丁根大学担任理论物理学教授期间，开设了一系列的课程，其中包括刚体力学、连续介质力学、热力学、电磁学、光学、统计力学基础、原子结构和量子理论，等等。由于他采取了深入浅出、通俗易懂的教学方式，从而取得了很好的教学效果。即使是对于那些极其深奥的物理理论，也被他以浅显但底蕴深刻的实例修理得整整有条，并以贴切、朴实的语言传授给学生。据此，诺贝尔物理学奖荣膺者梅耶夫人（M.G.Mayer，玻恩的学生）说玻恩虽然讲授的课程很深，但剖析得非常得体、清晰和明了。玻恩还曾在一篇谈大学理论物理教学的文章中明确提及到，对于少数才华出众的学生应开设一些不同于一般人的课程，既要注重他们的个性发展，也不单从考试成绩来衡量学生的优劣。例如，海森伯当年在报考维恩（W.Wien）的博士生时，因那时他对实验物理兴趣不大，没有通过维恩的提问。这使海森伯感到非常沮丧，当晚就从慕尼黑赶回了哥丁根。翌日他问玻恩是否还愿收留他，玻恩因非常赏识他的才华，决定让海森伯留下当助手。

其次，玻恩对学生和蔼可亲，不拘小节。不仅为人正直、关爱学生，而且善于向晚辈学习，从不贪天功为己有。

在控制论的创立者维纳（N.Wiener）看来，玻恩是一个沉着、温和的人，性情象个音乐家，说玻恩是他所知道的最谦虚的科学家。事实正是如此，玻恩是一个对学生态度亲切而不拘小节的大学教授。在课余，他经常和学生一起散步、野餐、讨论物理和非物理问题。因为玻恩非常酷爱音乐，以至于他经常邀请学生去家里演奏乐器。玻恩在他主持的讨论班（按：下文即将具体提及）上鼓励大家提出问题和开展批评，不嫌问题笨拙，人们也可以打断别人的发言，甚至是连玻恩的发言也不例外。玻恩对学生的前途非常关心，热心提携后进，总是千方百计地为他们创造各种条件，使有困难的或是后劲不足的学生能够安心或继续从事科学研究，如他的学生布雷斯特曾得到过玻恩关于这方面的帮助。在具体传授知识的过程中，重视师生互动、促进教学相长，也是玻恩的一大特点，即使是他和助手之间共同探讨问题时也是如此。如玻恩曾经常提起他从泡利处所学到的多于泡利从他那里学到的。玻恩也从不埋没合作者的贡献，如矩阵力学刚刚创建后玻恩去美国讲学，他总是把成就归于海森伯，而很少提到自己的工作。

再次，玻恩为了振兴和繁荣哥丁根的物理学事业，他一方面邀请名家前来讲学，鼓励各国学者来访；另一方面和弗兰克等联合举办了物质结构讨论班，这就为全球性科学精英的汇合，营造了一个良好的氛围与环境，促进了科学学派的兴起。

如，1922年夏，玻尔曾来到哥丁根讲学，介绍了最新的原子结构理论。由于通过这次讲学，左右了许多年青人的科学生涯，也使玻恩将兴趣集中于研究玻尔理论。因此，其影响之大在哥丁根是史无前例的。怪不得有人称之为 “玻尔的节日”，也有人认为它是哥丁根新纪元的开始。又如通过玻恩等组建开办的讨论班，这就使得包括海森伯、泡利、狄拉克、约旦等一大批科学精英，能够聚集于一堂，拟就物质结构这个前沿性领域，彼此交流、切磋，甚至互相争论，从而达到集思广益之目的。这就为后来量子力学的发展，奠定了坚实的基础。

正是在玻恩的领导下，哥丁根群英荟萃，形成了可以和玻尔的哥本哈根相媲美的哥丁根物理学派。量子力学主要就是由这个学派创立起来的。海森伯后来表示，哥丁根所特有的科学传统，玻恩的坚强信念——把建立新的自洽的量子力学作为基本的研究课题是万无一失的——使他的思想能够结出硕果。

对于创立科学学派，玻恩似乎情有独钟。就在上文所述的玻恩逃亡到英国担任爱丁堡大学教授期间，他又在这里吸引了一批青年学生，形成了固体物理学的玻恩学派。

玻恩正是以如上所述的崇高品德和卓绝的教学实践活动，使得他的周围聚集了一大批才华出众的学生和助手。其中有许多人甚至比玻恩早获得诺贝尔奖。尤其值得一提的是，另外先后有4位中国的研究生和合作者——彭恒武、程开甲、杨立铭、黄昆，后来也都成为有成就的物理学家。总结自己的一生，玻恩对他在教育方面所做的工作是深感满意的。晚年时他也曾说：“最愉快的是教研究生。我很幸运，在我的研究生中有许多天才的人。发现人材并把他们引导到内容丰富的研究领域是件了不起的事情。”[1]并由衷地表示，在大学教书是很有趣的，以具有吸引力和启发性的方式向同学们提出科学问题是一种艺术，编写教科书也同样如此。

此外，玻恩在科学哲学方面造诣也很深。如前文所述，玻恩早在中学时代就开始阅读哲学著作，其中康德哲学成了他青年时代的信条。可是到了20年代之后，由于自然科学的确定性与传统先验哲学的夸夸其谈所形成的强烈对比，特别是相对论和量子力学的创立对旧哲学观念所发起的猛烈挑战，使得玻恩逐步认识到康德哲学的失败，从此他开始站到某种经验论哲学的立场上，这种经验论哲学也就成了玻恩科学哲学思想的主流，以及坚定的实验科学观的基础。在他的心目中“物理学是真正的哲学”，反复强调“自己的工作是同哲学思维错综地交织在一起的”，否则“他的工作就会是无效的。”[9]（P.299）并在他撰写的《我的一生和我的观点》[10]一书中，分别拟就“任何理论都源于观测”、“客观化问题”、“因果性问题”，发表了他自己的一些独到的见解。玻恩极力推崇玻尔的“互补原理”，并为此而和爱因斯坦针对“量子力学的诠释”，进行了长达30年的激烈争论。但是，其哲学思想的严重分歧，丝毫没有影响他和爱因斯坦之间的私人友情，诚如爱因斯坦所说：“人们只会同他的兄弟或亲密的朋友发生真正的争吵；至于被人，那就太疏远了。 ”[9]（P.252）

与此同时，玻恩还是一位为世界和平而努力奋斗的坚强战士。他痛恨希特勒，痛恨科学家中紧跟纳粹的败类——斯塔克（J.Stark，1919年诺贝尔奖得主），反对核战争，主张禁止制造和使用核武器；相反，对于当年那些惨遭纳粹匪徒的迫害，而死在集中营里的无辜同胞，玻恩却表示了深切的同情。处于强烈的社会责任感，玻恩与许多科学伟人，如爱因斯坦、罗素（B.Russell）一起，为树立新的道德规范，为世界和平而奔走呼号。

玻恩参与了一些列的社会活动。他先后分别在“罗素--爱因斯坦” 宣言 （1955年）、“迈瑙宣言”（1955 年）、“哥丁根宣言”（1957 年）等反战宣言上签了名，他参加发起了普格瓦许和平会议（1957年）、奥斯陆反核会议（1961年）。玻恩是美国“科学社会责任协会”会员，也是1963年秋由罗素发起的和平基金会成员。不仅如此，玻恩还通过各种新闻媒介呼吁和平，反复强调：“我们必须抛弃武力威胁和运用武力。否则文明人的末日就临近了。 ”[11]（P.16）甚至在致友人的信中，也总离不开这类话题，并且奉劝好友说：“科学家参与政治和管理是有益的，因为他们比受过法律和经典文学著作训练的人较少教条气味，轻易接受辩论。”[11]（P.16）

玻恩虽然当年逃亡英国后于1939年加入英国国籍，但当他在爱丁堡大学工作17年后，于1953年退休，尔后便返回德国居住。1970年1月5日，他于哥丁根去世，享年88岁。在他的墓碑上醒目地刻着他所发现的著名公式：

作为对这位现代物理学的一代宗师永恒的纪念。

纵览玻恩60余年的学术生涯，共“发表论文300 余篇，并出版了近 30 本著作”。[12]（P.58）其涉及的领域之多，在物理学史上也是不多见的。但更难能可贵的是，在玻恩看来，他从事科学研究的动机既不为金钱，也不为强权，而是出于科学家纯粹的好奇心和为人类谋福利。如玻恩在其中的一篇论文中，曾明确地叙述了自己的科学-政治纲领：“我们希望，让我们的美好的科学重新仅仅为人们的幸福服务，而不被滥用于达到已过时的政治目的。”[8]（P.310）

那末，我们在追思、钦佩和仰慕玻恩不同凡响的科学人生的同时，还能从他身上获得哪些有益的启示呢？笔者认为，尽管玻恩留给后人的教益的确很多很多，但最为宝贵的是他作为一个理论物理学家，却依然终生保持着对科学实验的不解之缘，这可谓是为我们树立了一个光辉的典范。尤其是他以其对理论与实践间关系的深刻洞察，而提出的精辟见解：“观念的改变不是随意的，而是观察事实迫使物理学家做出的。辨别真理的最后标准是理论与实验的一致性。 ”[3]（序言：P.19）这不仅在20世纪上半叶，向那些不经过实验、只凭纯粹思维，误入歧途的卓越物理学家发出了警示，从而在当时的历史条件下，起到了拨乱反正的巨大作用；而且直至今天，玻恩的实验科学观，仍然是警钟长鸣，告诫后人不可重蹈历史的覆辙，严防因一时的疏忽，而坠入远离实验的“无底深渊”。

[1]Max Born,My Life,Recollections of a Nobel Laureate,London:Taylor and Francis,1978.

[2]郭奕玲，沈惠君，诺贝尔物理学奖一百年[M].上海：上海科学普及出版社，2002.

[3]爱因斯坦文集(卷1)[M].许良英等编译.北京:商务印书馆,1976.

[4]程民治.沉醉于科学美的物理学大师--狄拉克[J].大自然探索.1999(3):89-93.

[5]Max Born.Experiment and Theory in Physics[M].Dover Publications,INC.,1956.

[6]Max Born.My life&My Views[M].New York:Charles Scribner′s,1968.

[7]Max Born.My Life[M].London:Taylor&Francis Ltd,1978.

[8]弗里德里希·赫尔内克.原子时代的先驱者——世界著名物理学家传记（M）.徐新民等译.北京：科学技术文献出版社，1981.

[9]李醒民.激动人心的年代[M].成都:四川人民出版社,1984.

[10]M·玻恩.我的一生和我的观点[M].李宝恒译.北京:商务印书馆，1979.

[11]厚宇德.物理文化与物理学史[M].西南交通大学出版社,2005.

[12]中国大百科全书物理编写组.物理学Ⅰ[M].北京：中国大百科全书出版社，1987.

MAX BORN：THE NOBEL PRIZE GAINER WITH GOOD VIRTUE AND ABILITY AND BEING WELL IN EXTENSIVE FIELDS

CHENG Min-zhi
（Department of Physics and Electronic Science,ChoHu College,Chaohu Anhui 238000）

M.Born′s succeeding road is briefly introduced,his splendid contribution in science,wonderful experimental scientific view,elegant demeanour in teaching enterprise,his spirit fighting war,devoting peace and seeking happiness for world,and his abundant scientific philosophy idea and so on are also summarized.The aim is to enlighten and educate us to emulate the′teacher′,to do all we can to find reality,to deal with concrete matters relating to work and make progress,to benefit human being.

M.Born；quantum mechanics；crystal lattice dynamics；the Nobel Prize

A

1672－2868（2011）03－0048－06

2010-12-27

巢湖学院教授科研启动基金资助项目

程民治（1945-），男，安徽绩溪人。巢湖学院教授，研究方向：物理学史、原子物理学、理论物理和科学哲学

责任编辑：宏 彬