《对玻恩及其学派的系列研究》连载⑨——弗兰克及其与玻恩关系研究

厚宇德，朱盼盼

（河北大学宋史研究中心，河北保定 071002）

《对玻恩及其学派的系列研究》连载

《对玻恩及其学派的系列研究》连载⑨
——弗兰克及其与玻恩关系研究

厚宇德，朱盼盼

（河北大学宋史研究中心，河北保定 071002）

詹姆斯·弗兰克是20世纪一位优秀的实验物理学家，马克斯·玻恩是20世纪一位一流的理论物理学家.二人是终生好友，于20世纪20年代两人共同将哥廷根物理学派打造成了世界物理中心.重温他们之间的友谊、他们之间默契而卓越的合作，让人内心油然而生善良、美好的意念.玻恩与弗兰克，无论做人与做事均堪称楷模.

詹姆斯·弗兰克；弗兰克-赫兹实验；马克斯·玻恩；哥廷根物理学派

詹姆斯·弗兰克作为优秀的实验物理学家，对20世纪物理学有突出的贡献.他协助玻恩缔造了20世纪20年代哥廷根物理学派，这是他不可磨灭的又一大贡献.

1 弗兰克小传

弗兰克（James Franck）1882年8月26日出生在德国汉堡的一个犹太家庭.在汉堡读中学后到海德堡读大学.在这里他结识了从布雷斯劳大学到此游学的玻恩.弗兰克研究者对于两位年轻人当年的这次会面有如此评价：“这次会面开始了直到弗兰克去世为止的两人之间的友情，对于两个人的人生和科学研究工作都有深重的影响.”［1］弗兰克是天生的物理学家，从小就醉心于观察和解释物理现象，更乐于经过思考后自己动手把一些想法实现出来. 1962年7月9日在接受采访时，弗兰克对托马斯·库恩等人说：“实际上，我对物理学产生兴趣要远早于我知道有物理学这个词.我记得那时我见到的身边的每一件事物都总是令我惊奇.”［2］

玻恩在回忆录中描写了与弗兰克相识的经过，他和表兄汉斯到海德堡大学游学，那里的亲戚家有一个学习法律的大学生，是弗兰克的中学同学，他介绍玻恩认识了弗兰克.玻恩与弗兰克一见如故：“我和汉斯很快就明白弗兰克与我们是同类人.他具有特别吸引人的仪表，又聪明，在我们所有的活动中是极好的成员.他的父亲是位富有的生意人，为了以后让儿子进他的企业，他要求儿子学习法律和经济学.但是詹姆斯的兴趣全不在此，他想做科学家.那时使他着迷的是地质学.但他还是听话的孩子，试着上了两学期的法律课，不过他很厌烦这些课.我们认识的时候，他已经决定不再上那些课，要改学地质学和化学.他仍报名经济学的课，但是从来不去.而去学习他喜爱的科学课程.正在这个时候，他将他的决定告诉了他的父亲，于是他收到了父亲写来的激愤的信，并亲自来到海德堡，他高雅的太太也一同来了.汉斯和我决心尽一切力量帮助弗兰克.这可不容易，他父母都认为科学家是没出息的叫花子，属于低级职员.那时，商人尤其是犹太商人的态度普遍都是这样.这是一场与偏见和狭隘心理的有趣的战斗.最后我们胜利了.胜利的一部分原因是弗兰克的顽强，他宣称，如果学法律他父亲才给津贴，那他宁可自食其力；另一部分与我和汉斯有关，我俩都是巨贾家族的孩子，但是家里并不反对我们学科学.”［3］经过此事，玻恩与弗兰克成为最要好的朋友，成为科学道路上的志同道合者.

弗兰克认为自己天生就该学习物理，为什么却主修化学？这主要因为当时海德堡大学的物理水准较低.在这里学习两个学期后，1902年弗兰克到柏林弗里德里希·威廉大学学习化学.不久他转修实验物理，师承埃米尔·沃伯格（Emil Warburg），同时选修普朗克的理论物理课程，迷恋上一系列由普朗克、爱因斯坦等人的物理讲座.柏林是德国的物理中心之一，在这里弗兰克认识了一些后来成为著名物理学家的人物，并与他们结成好友，如奥托·哈恩以及迈特纳等等.沃伯格建议弗朗克研究离子在一个点放电时的迁移率，而弗兰克将问题重新定义为一个便于计算的圆柱体问题.1906年弗兰克获得博士学位，并留在柏林做博士后研究.1911年获得在大学任教资格.1907年与与瑞典钢琴家因格瑞·约瑟夫森（Ingrid Josephson）结婚.期间他曾与罗伯特·伍德（Robert Wood）以及赫兹（Gustav Ludwig Hertz，证明电磁波存在的赫兹的侄儿）等人合作开展丰富的实验物理学研究.其中尤以与赫兹的合作最有成效.他们从事的是对电子与原子间弹性碰撞的量化实验研究.1914年二人合作，让不断加速的电子穿越蒸汽状的水银时，发现电流在4.9 eV区间内急速下降后又随着电压的增加而增加.对这一现象的深入实验研究与解读证实了玻尔的半经典半量子化的原子理论.物理界将二人的这一研究称为弗兰克-赫兹实验.因为这一重要研究，二人荣获1925年诺贝尔物理奖.1914年8月第一次世界大战爆发后弗兰克应招入伍.1916年9月他因伤病离开部队，被任命为柏林弗里德里西·威廉大学副教授.20年代初弗兰克的实验物理学造诣已经得到物理界同行的认可.1921年上半年他曾帮助哥本哈根的玻尔研究所建立实验室［4］.在玻恩的极力举荐下，1921年弗兰克成为哥廷根大学的实验物理教授，1921—1933年弗兰克辅佐玻恩二人共同缔造了哥廷根物理学派，开始了原子物理学的新纪元.

1933年纳粹上台，弗兰克虽为犹太人，但因为行伍军功可以继续留在德国做教授.但1933年4月17日弗兰克愤然向教育部提出了辞呈，在辞呈中他说做出这一决定是出于“政府反犹态度使他萌发的内心需要”.［5］离开哥廷根，弗兰克先到丹麦的玻尔研究所做短期研究工作，1935年受约翰·霍普金斯大学邀请，到那里研究植物的光合作用.1938年任芝加哥大学物理化学教授，继续研究光合作用. 1942—1943年，弗兰克任芝加哥大学冶金实验室主任，参加曼哈顿工程.1949—1956年任芝加哥大学光合作用（Photosynthesis）研究团队主席.1953年弗兰克和好友玻恩（还有他们另外一位好友、当年哥廷根一位著名的数学家库朗）获得哥廷根荣誉市民称号，二人得以分离十几年后在哥廷根再次相逢.1953年9月26日，玻恩告诉爱因斯斯坦，他和妻子回哥廷根参加了城市千年庆祝：“弗兰克、库朗和我被授予荣誉市民称号.这是一个融洽的庆祝会.弗兰克和库朗会告诉你庆祝会的情况.”［6］1954年弗兰克获得普朗克奖章（Max Planck Medal），1955年获得1800年开始颁发的主要面向欧洲科学家的传统奖项——伦福德奖（Rumford Medal），以表彰他在光合作用领域的研究贡献.1964年5月21日，弗兰克逝世于哥廷根.

玻恩与弗兰克，作为一对好友，都是极其富有社会责任感的科学家，在科学的社会作用方面的态度高度一致，即都强调和呼吁科学技术不能用于制造杀人武器并真的用来杀人.玻恩在这一方面的观点可通过本文作者发表的文章（见文献［7］）了解.弗兰克在这方面的影响在此试举两例.第一，以弗兰克为首的一些科学家，成立了一个委员会，专门研究原子弹对未来社会与政治的影响.这个委员会1945年6月11日提交了一个报告，后来被称为弗兰克报告.它指出原子武器的威力几乎是无限的；企图以保密的措施防止军备竞赛是徒劳的；希望建立原子弹的国际管制机制.希望建立核武器国际管制机制的设想，虽然缺乏现实可行性，但是总体说来，其目的和意图都是值得肯定的.玻恩本人对于弗兰克的行为极其称赞，并因为有这样的好朋友而引以为自豪.在1955年1月1日的《新年献词》中玻恩说，像卢瑟福这样的科学家也许能够通过他们的伟大人格，避免核武器完全由政治军事势力所控制：“某些首要的美国物理学家曾经企图这样做过，但是没有成功.他们曾在一篇文件中警告美国政府不要对人口稠密的城市使用原子弹，文件里正确地预料到在政治和道义上的后果——这篇文件是以我的老朋友詹姆斯·弗兰克的名义提出的，被称为著名的弗兰克报告.”［8］玻恩在晚年的回忆录中再次说：“我曾相信，科学不仅是获得自然知识、取得更好物质生活的手段，而且是一条通往智慧、辨别理智和荒谬的道路.……我所钦佩并热爱的科学家，如弗兰克、爱因斯坦、卢瑟福、普朗克和冯·劳厄等人似乎坚定了我的这一信念.”［3］

第二，1947年2月28日，弗兰克在芝加哥原子科学家紧急委员会上做了名为《科学工作者的社会任务》的演讲.在这一演讲中，弗兰克开门见山提出了3个问题：“过去我们为什么要躲在所谓象牙塔里？后来为什么又离开了它？如今离开它之后，还打算做些什么？”［9］围绕这几个问号，弗兰克阐释了他的观点，科学家应该肩负起社会责任感，真实地传播真理，阻止核武器成为人类文明的巨大威胁.

2 弗兰克与玻恩如何做朋友与同事

2.1 互相欣赏的知心朋友

1962年10月18日，库恩与洪德采访玻恩时，玻恩说：“我觉得需要弗兰克的加入，我们是密友，我也知道他是很有天赋的人.”［10］上一节已经说过玻恩与弗兰克一见如故，他是弗兰克的知音，他非常欣赏弗兰克.这一节主要描述在弗兰克看来，玻恩是怎样的人.

弗兰克坦然承认从他们刚相识时，玻恩在科学道路上已经先他一步，而且在有些方面，玻恩的能力是超越他的.1962年7月13日接受库恩与迈耶夫人采访时，弗兰克说：“当年从波恩来到海德堡时我就认识玻恩，虽然他比我小几个月，但是他早我一年已经开始了（他对科学的）学习与研究.所以我们认识时他比我成熟一些.但是（那时）他在学数学.在清晰表达自己的想法方面，在驾驭优美的言辞方面，他一直远远超过我.”［2］

当库恩希望弗兰克深入介绍一下他记忆中的玻恩时，弗兰克再次强调了玻恩的多种能力是他所不及的，同时也介绍了自己的一个优势：“从个人的角度说，玻恩早在海德堡读书时期，就是我的好朋友.我想说从各个方面看我都是喜欢他的，我钦佩他的多种能力以及他的聪明，在这些方面他超越我很多.你可以想象，我与玻恩相比也有一个特长.我想我的想象力比玻恩强一点.我相信这一点.但是在智力水平等其他方面，如果不是一直向他学习，我难以与他相提并论.”［2］如果抛开感情与友谊方面的考量，纯粹从人才搭配之合理性看待玻恩与弗兰克的组合，不得不佩服玻恩了不起的眼力.他恰到好处地做出了一个取长补短的选择，也就是说，从专业研究的能力上讲，玻恩通过与弗兰克搭档、有了弗兰克的辅佐，他完成了完备又完美的专业能力组合.

玻恩了解弗兰克的特长，弗兰克也深入了解玻恩的学术特点.在他们都成为科学家后，弗兰克对玻恩的学术优势与学术特点有最清楚的认识以及十分简洁的概括.他1962年7月14日对库恩与迈耶夫人说：“马克斯·玻恩……比我认识的绝大多数理论物理学家都更懂数学.……只有把他研究的东西用真正清晰的数学语言描述之后，玻恩才会感到满意.”［2］

弗兰克既是玻恩的终生好友，也一直与玻尔是好朋友.1962年7月14日，库恩与迈耶夫人采访弗兰克时，弗兰克把玻恩与玻尔做了比较，可以看出他对于玻恩有更多的欣赏：“玻恩是一位优秀的数学家.但是玻尔与玻恩两个人我都喜欢.这两个人都强烈地感受着外在世界（have a strong feeling for the outer world），认识外在世界是他们的人生责任之一.两个人还都是很有教养的人.我必须说当我读玻恩写的东西时，发现它们是那么美好，好极了.玻尔却是另一个样子：写东西对他而言是件苦差事.他必须用他的母语，否则他什么也做不了.……所以他们是这么不同的人.我想哥廷根真的很好，在那里任何思想都能被容忍.”［2］玻恩后半生在英国做教授，他常常回忆起自己与弗兰克营造的哥廷根物理学派宽松自由的学术氛围.通过弗兰克这段回忆里的最后一句话可以看出，弗兰克对于当年也有着同样念念不忘的缅怀.

2.2 默契配合的黄金搭档

弗兰克从不讳言，是玻恩的执着坚持才帮他在哥廷根获得了教席（还有侥幸的因素，细节可见玻恩回忆录《我的一生》中的相关描写）.他高度认可与玻恩的合作，认为他们的合作对每个人都大有益处.1962年7月12日，库恩与迈耶夫人采访弗兰克时，弗兰克说：20世纪20年代初，“事实上是玻恩坚持让我来（哥廷根）.……（在哥廷根）我们真的开启了很好的合作时代.我想我们两个人都从中受益.对我而言这是毫无异议的.”［2］

玻恩与弗兰克的默契合作，引人注目，给弟子们留下了深刻的印象.他们的弟子在晚年仍清楚地记得并高度评价玻恩与弗兰克合作的重要意义，甚至惊讶他们何以能够合作得如此之默契.在哥廷根获得博士学位的艾尔萨色曾回忆说：“我听到的所有关于马克斯·玻恩与詹姆斯·弗兰克的故事都说，他们走得很近，相交甚密.我一直讶异为什么性格如此截然不同的两个人，会成为知己而毫无摩擦.我个人认为，他们的合作是首要的基础，奠定了哥廷根在20世纪20年代世界物理中心的地位.”［11］

曾在哥廷根学习的H.G.库恩则对玻恩、弗兰克在讨论会上密切合作有一些细节性的描写：“弗兰克和玻恩有很多时候在一起讨论.在学术讨论会上常有这样的情形：玻恩在黑板上边写边解释，当很多人不是很明白时，弗兰克就用他自己的方式解释起来.可能表达的是一样的东西，但是弗兰克的（表述）更直接，他用的是图示的方法.”［12］不难想象弗兰克所说的他强于玻恩的想象力这时发挥了重要作用.

弗兰克自己也曾举例说明他平时与玻恩之间如何沟通交流，以此说明他们之间是多么默契的好朋友、好搭档.这样的事情常发生：“我对玻恩说，‘玻恩，我有一个好主意要告诉你.’我开始讲给他.然后，他继续讲.我说：‘玻恩，我从来不知道你这么快就准确理解了它的本质以及它是如何发生的，你这是怎么回事？’他说：‘你看，这对我而言并不很难，你看我也能讲给你.这是我昨天产生的想法.’你看，这类事情说明我们是多好的朋友！”［2］

哥廷根的另外一位实验物理学教授坡尔毕业于柏林，因此从学术渊源上他与弗兰克关系更近.但是当坡尔有不合适的举动、与玻恩发生冲突时，弗兰克主动为玻恩灭火.1962年7月11日，库恩与迈耶夫人采访弗兰克时，迈耶夫人问：“您记得（有段时间）由于坡尔在探讨会上总是打击玻恩的学生，玻恩觉得他无法保护自己的学生，所以他不让自己的学生出席研讨会吗？”弗兰克回答说：“这确有其事，确有其事.”弗兰克补充说，他就此找坡尔谈过，他提示并批评坡尔，坡尔认可并接受了弗兰克的意见：“不认可理论的态度使他执拗而不随和，这会使他陷入困境.而他承认‘是的，可能是这样.’”［2］弗兰克为大局出发做出的努力，使哥廷根物理学派自由宽松的研讨会得以继续.

玻恩与弗兰克在20世纪20年代缔造哥廷根物理学派，这是20世纪物理学里程碑式的历史事件.因为20世纪物理学最重要的理论体系——量子力学的矩阵力学形式诞生在这个学派，量子场论等物理学新领域也在此发端.哥廷根物理学派的重要性还体现在，这里名副其实地培养出了20世纪物理界（也包括个别生物学界、数学界、计算机界）有绝对影响力的杰出人才.在十几年的时间里，玻恩和弗兰克指导几十位优秀博士，如约当、洪德、玛利亚·戈佩特即迈耶夫人、韦斯科普夫、艾尔萨色、德尔布吕克、奥本海默（美国原子弹之父）、赫兹伯格、威廉·汗勒、亚瑟·希佩尔等等.另外到哥廷根做博士后研究或为玻恩做助手的年轻人，在这里深受玻恩学派熏染，后成为物理界大人物的也不乏其人，这中间有泡利、海森伯、费米、狄拉克、魏格纳、莫特、罗森菲尔德、福克、冯·诺依曼、鲍林、特勒（美国氢弹之父）等等.如果考虑到这些受玻恩、弗兰克影响的学生辈人物对后来科学界的影响，哥廷根物理学的重要性，还需要几倍、甚至十几倍、几十倍地放大.

弗兰克不仅是玻恩工作上的好搭档，弗兰克的实验研究对玻恩的理论研究工作还具有重要而直接的启发与导向作用.如玻恩在自己晚年的著述中曾说：“我每天都在目睹弗兰克关于原子和分子碰撞的充满才气的实验中有关粒子概念的丰硕成果.由此相信，粒子概念不能简单放弃，而不得不去发现将粒子概念和波的概念调和在一起的途径.我看到了联系两个概念的关键环节，那就是概率观念.”［13］弗兰克的实验对玻恩的这一影响相当重要.恰恰是因为这些实验展示给玻恩的事实使他坚信微观客体粒子性概念的合理性，从而对薛定谔方程中的波函数做出了薛定谔本人无法给出的合理诠释.

1952年在玻恩70岁寿辰之际，弗兰克从美国寄来了贺信，在信中他感谢玻恩给予他的50年的友谊，在别人不信任他的时候玻恩赏识他并设法帮他来到了哥廷根大学等等.在信的末尾，弗兰克安慰自己的老朋友，不要因为年老而泄气：“你自己要正确意识到你是谁，以及你的工作的价值.这样你就不会担心自己收不到（来自诺贝尔奖委员会的通知获奖的）官方信函.”［5］

3 结语：弗兰克对于玻恩的最后帮助

玻恩做出了诺贝尔奖水准的科学贡献，他获得该奖应该是水到渠成、顺理成章的事.但是，他在做出重要贡献近30年后才获得此奖，而在同一领域有所贡献的物理学家20多年前即已获得诺奖，因此玻恩在退休后荣获诺奖不是一件容易事，玻恩自己都感叹诺奖与他可能真的无缘了.玻恩最后能够获奖，他的老朋友弗兰克功不可没.弗兰克曾分别于1947年、1948年、1949年以及1954年4次推荐玻恩为诺贝尔物理奖候选人.弗兰克在美国曾与费米做同事，费米1922年到过玻恩的哥廷根几个月，但是并未成为玻恩身边的红人.费米1948年与1954年两次为玻恩提名.这其中很可能有弗兰克的某些影响.1954年为玻恩提名的还有著名物理学家赛格雷，而他是费米罗马学派的弟子与重要成员…….

在20世纪物理界，真正了解玻恩贡献的人如弗兰克、朗德等，都为玻恩72岁才获得诺贝尔物理奖而甚觉不公，爱因斯坦在玻恩获奖后写来的贺信中，也认为这一奖项来得为时过晚［6］.关于玻恩与诺贝尔奖的议题，有兴趣的读者可参照本文作者2011年的文章［14］.

朋友不难寻求，但彼此欣赏的知音朋友可遇不可求；同事很多，但能互相理解、默契配合并一起共创辉煌事业的同事凤毛麟角；短时间结为朋友不难，但情随事迁，终生皆为好友却非易事.玻恩与弗兰克，是终生的知音、好友，又是共同创造辉煌的黄金搭档，他们的友谊与合作，是20世纪物理学史上的一段令人艳羡的佳话.

致谢：本文曾请杨振宁先生审阅，笔者基于杨先生的正确意见进行了修改.在此对杨先生致以衷心的谢忱.

［1］Kuhn H G.James Franck：1882—1964［J］.Biographyical memoirs of Fellows of the Royal Society，1965，11（11）：53-74.

［2］Thomas S Kuhn，John L Heilbron，Paul Forman，et al.Archives for the History of Quantum Physics.Philadelphia：The American Philosophical Society Independence Square，1967，E1，Reel 2.

［3］Max Born.My life［M］.London：Taylor&Francis Ltd，1978：68.

［4］P.罗伯森.玻尔研究所的早年岁月［M］.杨福家、卓益忠、曾谨言，译，北京：科学出版社：1985，31-35.

［5］Nancy Thorndike Greenspan.The end of the certain world［M］.London：John Wiley&Sons Ltd，2005：175.

［6］Max Born.The Born-Einstein Letters［M］.London：The Macmillan Press Ltd，1971：193.

［7］厚宇德、潜伟.玻尔在帕格沃什运动中的特殊作用［J］.自然辩证法研究，2010（2）：112-116.

［8］Max Born.Physics in my generation［M］.London&New York：Pergamon press，1956：223.

［9］詹姆斯·弗兰克.科学工作者的社会任务［J］.钟汉，译.科学时代，1947（6）：10.

［10］Thomas S Kuhn，John L Heilbron，Paul Forman，et al. Archives for the History of Quantum Physics.Philadelphia：The American Philosophical Society Independence Square，1967，E1 Reel 1.

［11］Walter M.Elsasser：Memoirs of a physicist in the atomic age［M］.NewYork：ScienceHistoryPublications，1978：47.

［12］Thomas S Kuhn，John L Heilbron，Paul Forman，et al. Archives for the History of Quantum Physics.Philadelphia：The American Philosophical Society Independence Square，1967，E1 Reel 3.

［13］Max Born.My life&my views［M］.New York：Charles Scribner’s Sons，1968：35.

［14］厚宇德.玻恩与诺贝尔奖［J］.大学物理，2011，30（1）：48-65.

注：文献［2］、［10］、［12］为20世纪60年代托马斯·库恩等人根据搜集的资料以及采访近百位物理学家的录音制作的微型胶卷，共19套分藏于世界各地，本文作者2009年曾在英国伦敦自然博物馆图书馆研读该文献.

The research on James Franck and his relation with Max Born

HOU Yu-de，ZHU Pan-pan
（The Center for Studies of Song History，Hebei University，Baoding，Hebei 071002，China）

James Franck was an outstanding experimental physicist in 20thcentury，Max Born was a first-class theoretical physicist in 20thcentury.They were lifelong good friends.In 1920s，they built the Göttingen physical school，and made it being the center of physics in the world.Reliving their friendship，reliving their excellent partnership，there would be a kind and good impression and feeling rising from inner.Whether to be good people or to do things well，Max Born and James Franck were the noble examples for us forever.

James Franck；Franck-Hertz experiment；Max Born；Göttingen physical school

O 4-09

A

1000-0712（2016）05-0061-05

2015-12-31；

2016-01-19

国家自然科学基金面上项目（11375050）资助

厚宇德（1963—），黑龙江明水人，科学技术史博士，河北大学科学技术史教授、博导，中国科学技术史学会理事、中国工程史学会理事，主要研究方向为物理学史与物理文化.