艾尔萨色、德尔布吕克与玻恩学派

厚望

摘要 理论物理大师玻恩不但有众多弟子成为优秀的物理学家，还有两名弟子在生物学方面做出了重要贡献，其中一人还曾获得诺贝尔生理学或医学奖。玻恩培育这两位学生的经历说明，伟大的导师，不仅要有一流的专业水准，还要具备洞察学生个性与优缺点的本领，并有极强的责任心。玻恩研究视域宽广，从不作茧自缚、固步自封，艾尔萨色和德尔布吕克能够突破专业限制，成功进入其他领域，并取得卓著成就，这与玻恩等前辈的影响有关，也是他们顺应科学发展趋势的硕果。

关键词 沃尔特·艾尔萨色 理论生物学 马克斯·德尔布吕克 分子生物学

马克斯·玻恩（Max Born，1882—1970）在其教学生涯中，培养了一大批出色的科学人才，其中有洪德（Friedrich Hund，1896—1997）、约当（PascualJordan，1902—1980）、迈耶夫人（Maria Goeppert-Mayer，1906—1972）、奥本海默（Robert Oppenheimer，1904—1967）、彭桓武（1915—2007）等等著名物理学家。但可能未为很多人了解的是，玻恩指导培养的理论物理学博士中，有两位在生物学领域做出了特殊贡献，他们分别是艾尔萨色（Walter Elsasser，1904—1991）和德尔布吕克（Max Delbriick，1906—1981）。这是玻恩物理学派的一个特殊科学贡献。剑桥大学丘吉尔学院档案中心的玻恩档案中，保存有玻恩1951年10月18日写给艾尔萨色的一封短函，在这封短信中，玻恩也提到了德尔布吕克。该信函全文如下：

我亲爱的艾尔萨色：

我很高兴收到你的名为《量子力学在生命物质中的应用》的文章。在我的学生中，你是第二个（另一个是德尔布吕克）进入这一领域的人。

我也刚巧了有了个想法，很大程度上与生物学有关，即为什么生命都需要极为大量的分子？我的论文一发表，将尽快寄给你。

我希望你在犹他大学（University of Utah）拥

有适合你的位置。我现在年龄正趋近职业生涯的极限，我不得不在大约两年

后退休。

谨致问候

笔者遍览玻恩的著述目录并多方查找，均未见玻恩本函中提到的他在生物学方面的文章。因此玻恩后来很可能并没有真的把他的这一想法写成论文并予以发表。玻恩与他培养的这两位在生物学领域有突出造诣的理论物理博士之间，有着一些并不广为人知的故事。

一玻恩与艾尔萨色

1925年艾尔萨色来到哥廷根大学求学，他先是在玻恩的老搭档、实验物理学家弗兰克（James Franck，1882—1964）指导下学习，根据艾尔萨色自己的回忆，后来玻恩主动找到了他，二人之间有过一次重要谈话：“1926年夏天，玻恩对我说，很显然我的兴趣点更倾向于理论；所以他相信，我具有做理论研究的天赋。他问我是否愿意在他指导下做一篇论文而成为一位理论物理学家？……他愿意给我一个不太难的论文题目，答应会很快让我博士毕业……玻恩遵守了他的承诺，他给了我一个不复杂的论文题目。”（[1]，pp.67—68）为什么玻恩主动去“策反”老朋友弗兰克的门下弟子？弗兰克与玻恩在晚年的回忆可以帮助我们解开这个谜团。弗兰克说他曾明确建议艾尔萨色放弃成为实验物理学家的梦想：“去找玻恩，你是一个理论物理学家，而不是适合做实验研究的人才。”[2]玻恩晚年在回忆中对此是这样说的：“艾尔萨色是学实验的，但是他在这方面能力很差，连实验方面简单的事也做不好。这常使弗兰克恼怒，并想把他转给我。”[2]由此可以想象，在弗兰克向玻恩表示对于艾尔萨色的不满之后，玻恩才主动去找艾尔萨色，委婉劝说他改学理论物理，于是才有了艾尔萨色所说的1926年玻恩与他的谈话。

艾尔萨色是第一个清晰意识到可以通过电子在晶体中衍射来验证其波动性的人，那时他才刚刚开始自己的博士学业[3]。1926年在英国牛津大学召开的一次学术会议上，玻恩充分肯定弟子艾尔萨色的这一贡献：“关于电子按不同转角的分布，理论可以给出一个普遍公式，它和经典理论所期望的结果有明显不同。这是艾尔萨色在普遍理论提出以前所首先提出的。他从德布罗意的概念出发即粒子的运动伴随着波，而这些波的频率和波长取决于离子的能量和动量。艾尔萨色算出慢电子的波长约为厘米，这正是原子直径的大小。因此他得出结论：当电子与原子碰撞时，应当引起德布罗意波的衍射，就像光被微小粒子散射的情形一样。因此，波强在不同方向上的涨落应当表示偏转电子分布的不规则性。戴维孙和康斯曼的实验证明了这个效应……”（[4]，p.12）不过艾尔萨色空有想法，因其实验经验不足而未能将想法转化为实验事实。

在哥廷根大学，在玻恩指导下的学习期间，艾尔萨瑟深受玻恩影响。对此艾尔萨色终生难忘。在他的回忆录中，清晰记载着玻恩当年与他的一些谈话：“那段時间我记得有一次与玻恩对话，这次对话其后多年对我的思想一直有着极大的激励，所以我还记得对话的细节。玻恩告诉我，我的数学能力并不出色，我的主要长处在于概念性的思考。”（[1]，p.72）艾尔萨色一生兴趣广泛，思想活跃，基于概念思考多有奇思妙想，在多个领域都有所建树。但他不象玻恩学派出来的约当、玛利亚·哥波特（即迈耶夫人）等人那样，效法玻恩以善用数学见长。玻恩对于艾尔萨色特点的概括，艾尔萨色本人认为非常准确，他基于对自己能力特点的认识，扬长避短。这与他后期的发展方向以及取得的成就密切先关。因此，作为艾尔萨色的导师，玻恩是极为称职的。

在玻恩指导下，1927年艾尔萨色博士毕业。他曾到莱顿大学在艾伦费斯特（Paul Ehrenfest，1880—1933）手下做过一段时间研究工作。1928年他到苏黎世泡利那里做博士后工作，1930年他先后在德国的柏林与法兰克福等地工作。1933年艾尔萨色来到巴黎，与约里奥·居里（Fr6d6ric Joliot Curie，1900—1958）短时间开展合作研究。1936年艾尔萨色到美国加利福尼亚的技术研究所工作。1941—1942年艾尔萨色在哈佛大学做研究助理，1942—1944年艾尔萨色投身美国军方研究工作。其后艾尔萨色还曾先后在宾夕法尼亚大学、犹他大学、加利福尼亚大学、普林斯顿大学、马里兰大学、约翰一霍普金斯大学等地担任教授职位。

艾尔萨色兴趣广泛，在心理学、大气动力学、地磁学、地震学与理论生物学等多领域齐头并进展开学术研究，并都有重要贡献，成为物理学家、地球物理学家以及生物物理学家。在物理学方面艾尔萨色对原子核结构的研究使其成为玛利亚·戈佩特、延森（Hans Jensen，1907—1973）等提出并由此获得1963年诺贝尔物理奖的原子核核壳层结构的先驱。艾尔萨色被称为现代地磁场的电机理论（Dynamo theory）之父，他提出的地磁产生机制，是该领域的基本理论。地球的磁场是如何产生的？正如有的学者所指出：“现在一般接受的理论是‘地球发电机，是物理学家艾尔萨色在1940年代提出的数学模型，描写地球液态的对流所产生流体运动的反馈机制而引发‘自发性的发电机。以白话来说，就是地球拥有含铁的熔融外核，因此地球自转造成的科氏力而在地核部分引发电流和磁场。”[5]可见艾尔萨色的理论今天仍是这一领域的重要基础。

艾尔萨色到美国犹他州大学后开始关注和研究生命科学，这主要是他早年对心理学的兴趣的延伸使然。虽然出身于物理学背景，但是艾尔萨色认为，物理学与化学的研究方法不能够简单地推广到生物学研究中去。进而他认为还原论与机械决定论不能对于生命有机体诸现象做出充分的理解与解释。艾尔萨色对理论生物学（Theoretical biology）有重要影响，1958年他曾出版名为《生物学的物理基础》（The Physical Foundation of Biology）的专著。在这本书中，艾尔萨色用量子力学、信息学以及控制论的概念，讨论和研究生命科学问题。这本书至少对于当时的生物界人士来说是一本难以把握的。因为他们多数不熟悉理论物理学的概念或术语。在这本书中艾爾萨色在肯定环境的影响是生物进化重要因素的前提下，他坚持认为，生命现象或生物体大量的内在信息，本质上决定于内因。仅就广泛应用物理学以及信息论、控制论等多学科概念研究和讨论生物学问题而言，艾尔萨色这本书所作出的艰苦努力也是开风气之先，值得充分肯定。

艾尔萨色的科学贡献得到了科学界的好评。1959年、1971年艾尔萨色两次获得美国地球物理联盟的奖项（the Bowie and Fleming medals of the American Geophysical Union），1977年获得德国的高斯奖章（the Gauss Medal in Germany），1979年获得美国地质学会的奖项（the Penrose Medal of the Geological Society of America），1987年他获得了由美国总统颁发的（美国）国家科学奖章（the National medal of Science）。可见艾尔萨色曾是美国科学界一位出色人物。

二玻恩与德尔布吕克

如果玻恩对于艾尔萨色，一定程度上有些导师对于“困难”学生的特殊照顾的话，那么玻恩本人对于德尔布吕克却是一直欣赏并有高度评价。德尔布吕克（见画像，画像来自网络文章）出身书香门第，父亲是柏林大学历史学家，母亲是著名化学家李比希（Justus von Liebig，1803—1873）的孙女。德尔布吕克1926年至1930年在哥廷根大学学习物理学，在玻恩指导下获得博士学位，其后他先后在英国、瑞士、丹麦和德国过做博士后或短期工作。1932年8月15日在一次国际医学会议上，玻尔（Niels Bohr，1885—1962）做了名为“光和生命的演讲”。据说德尔布吕克受此影响而逐渐步入生命科学研究领域。德尔布吕克的生命科学研究开始于他在德国柏林威廉皇家研究所放射化学部工作时期。1937年德尔布吕克到美国工作并定居，获得洛克菲勒财团资助到加州理工学院摩尔根研究室从事遗传学研究后，真正开启了他的噬菌体研究时代。这一研究对于分子遗传学的诞生，有积极的促动作用。学术界有个基本共识：噬菌体与后期分子生物学的关系，犹如玻尔的氢原子理论与其后量子力学的关系；而德尔布吕克的噬菌体研究成果对于分子生物学关系和影响，则恰犹如玻尔氢原子理论对于量子力学的影响。

在玻恩的回忆录中，他多次专门提到德尔布吕克。在回忆自己在柏林大学工作那段经历时，玻恩说，他认识的同事中有一位叫做德尔布吕克的历史学家：“他的儿子后来成了我的学生。我这个学生现在生活于美国；他把现代物理学方法应用于生物学，他因此而成为著名人物。”（[6]，p.167）在回忆录中介绍自己的优秀学生的环节，玻恩详细叙述了关于德尔布吕克的一个“不寻常的”事件：“他的博士论文，是在我指导下写成的，很出色，我把他看成我最好的学生之一。但在博士论文口头答辩时他失败了。坡尔（Robert Pohl，1884—1976，哥廷根大学一位特聘实验物理学教授）问了一些他答不上来的有关实用物理学的问题。当坡尔坚持问这类问题时，德尔布吕克变得很固执，甚至拒绝回答。坡尔决定不让他通过，而只有答辩意见一致（同意）才能通过，因此我无能为力，只能提出抗议。对自己的优越智力很了解的德尔布吕克，精神既敏感又脆弱，这次打击令他无法承受。我很担心他会自杀，不敢让他独自呆着，而是把他领到我家。在家里，海蒂（Hediwig Born，1891—1972，玻恩妻子）成功地帮他重新树立自信心，告诉他仅凭别人评价（即作出错误决定）是愚蠢的。事实上，他在半年之后通过了考试。但他没有继续再搞理论物理，而改学生物学。……他现在是美国一流的遗传学家之一。我们住在爱丁堡的时候，大学曾邀请他来做一些列学术报告，我们又得以重温友谊。他精彩地谈到在我的部门工作时的情形，而且在我家里，一起回忆了他成功之路的那次戏剧性的开端。”（[6]，p.235）从玻恩的这段回忆可以看出，他当年对于德尔布吕克十分了解、极为欣赏并有过家人般的特殊关照。

另一方面，在德尔布吕克的著述中，至今我们没有发现他对自己在哥廷根求学期间经历的详尽描写。这很可能是博士答辩时的遭遇对他的心灵形成了巨大的伤害，令其不堪回首，所以才不愿回首那段往事。有证据表明，他对自己的导师玻恩是心怀感念的。在玻恩早已去世后的1978年，德尔布吕克接受采访时说，他初到哥廷根大学时，目的并非是成为数学家或物理学家，而是要成为天文学家。但是并未如愿以偿。之后他经人推荐，介绍给物理学教授玻恩之后，才开始了专业的物理学学习。被问及在哥廷根期间与玻恩之间的关系怎样时，德尔布吕克回答说：“噢，非常好。”回顾当年跟随玻恩求学的情景，德尔布吕克忘情地说：“他（指玻恩）让学生或助手去他的家里，演奏音乐，也到城外散步、喝啤酒并作愚蠢而可爱的游戏，非常放松。”据玻恩弟子的回忆可知，玻恩的这些做法在当时德国的教授中，并不常见。德尔布吕克说，他博士毕业后继续得到了玻恩的帮助：“在马克斯·玻恩的推荐下我在英格兰的布里斯托大学获得了工作的机会。”

种种迹象表明，由于1933年被迫离开哥廷根后，玻恩多年没有固定理想教职等原因，在德尔布吕克毕业后，玻恩与他的直接联系不多。但是玻恩从未忘记他的这位优秀弟子，前文已述，玻恩在自传中对德尔布吕克有印象深刻的多次回忆以及很高的评价。1969年德尔布吕克与人分享诺贝尔生理学或医学奖。在玻恩仔细珍藏的资料文献中，有当时宣传德尔布吕克获得诺贝尔奖的美国报纸。在报纸的上部边缘空白处，有几句手写的德文语句，经细心辨认，大意如下：“亲爱的玻恩：您的问候给我妻子和我带来了莫大的欣喜。……（获得诺贝尔奖）带来的热闹已渐渐褪去，感谢您的祝贺。衷心地怀念您（和当初的时光）。您的学生马克斯-德尔布吕克。”显然这是德尔布吕克接到老师的贺函后从美国寄到德国的报纸，而玻恩则一直保留着它们。玻恩桃李满天下、门下多才俊，在他关注并引以为傲的弟子之中，即包括德尔布吕克。

玻恩自己从在哥廷根师从希尔伯特（David Hilbert，1862—1943）攻读纯粹数学博士开始，到受克莱因（Felix Klein，1849—1925）影响转而在朗格（Carl Runge，1856—1927）指导下研究应用数学，并最终成为物理大师。玻恩学术视野宽阔，在晶格动力学、量子力学、光学、电动力学、液体理论等多个领域都有重要贡献，并精通哲学。正如前文玻恩写给艾尔萨色的信中所说，晚年的玻恩甚至对于生命现象也产生了兴趣。很难论证玻恩的这种视野宽广的学术风格与特征，对艾尔萨色和德尔布吕克有什么直接的影响，但在几年的接触中，学生潜移默化受到导师学术风格的影响是自然而然、在所难免的。更何况在艾尔萨色、德尔布吕克个人科学生涯成长关键阶段，作为授业恩师，玻恩对他们有过特殊的关爱。当后人研究艾尔萨色与德尔布吕克时来自玻恩的影响是不能忽略的。玻恩物理学派培养出的博士中，有两位在生物学领域有突出贡献，这也成为玻恩物理学派所取得的诸多成就中的一束奇葩。了解这一事实及其中的细节，对于更客观、更全面评价和总结玻恩学派科学贡献有重要帮助。

三余论

物理界兴趣点及人才向生物界渗透是20世纪20年代中后期开始萌芽，并逐渐发展的一个显著现象。这中间包括玻尔、薛定谔（Erwin SchrSdinger，1887—1961）等一流物理学家对生物学领域的某些问题，有深入的研究与思考；他们的著述，如薛定谔的《生命是什么？》一书，进一步影响更多的物理界学人，促动他们直接投身生命科學领域并做出更多贡献。德尔布吕克、艾尔萨色、物理专业出身与沃森（James Watson，1928—）一起发现DNA双螺旋结构并获得诺奖的弗朗西斯·克里克（Francis Crick，1916—2004），以及因对CT技术有突出贡献而获得1979年诺贝尔心理学医学奖的物理学家阿兰·科马克（Allan Cormack，1924—1998）等等，都是这一现象中的代表人物。这一现象的出现，除了与个别物理学家的个人特殊爱好有关外，也是一个基本事实决定的必然结果，那就是：在20世纪，在相对论与量子力学理论体系建立之后，物理学家意识到，生物学领域比物理学存在更多做出重要贡献的机会。这一认识是当时物理界人才向生物学流动的根本原因。物理界的这一时代性人才动向，可以由生物界的反应予以印证：“20世纪初……多数生物学家对于物理或化学的了解还相当少，他们所掌握的物理和化学知识往往是二三十年前在学校中学到的。因此生物学家用来改造他们学科的物理、化学方法总是落后于物理实验室所运用的方法。只是到了后来，在20世纪30年代至40年代，从事物质科学研究并卓有成就的人开始进入生物学领域，尤其是进入到分子遗传学领域后，才带来了明显的变化。”[7]1926年量子力学的理论体系业已建立，但是围绕一些问题的争论仍在继续。20世纪30年代是理论物理走向式微的拐点，同时也是部分物理界专业人才转向生物学界的开始，这不是简单的偶然同步，这二者之间存在必然的内在联系。艾尔萨色和德尔布吕克是顺应这一科学发展趋势的两位弄潮儿。