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一位学界的无名小辈,把自己的学术论文寄给一位诺贝尔奖获得者,请他翻译并推荐这篇论文,后者慨然应允。这样的事情可能发生吗?可能。就发生在当时已闻名遐迩的爱因斯坦的身上。
学过统计物理学的人大多知道玻色-爱因斯坦统计和玻色-爱因斯坦凝聚。这一重要成果是怎样诞生的?且听我慢慢道来。
1924年6月4日,那时还籍籍无名的印度物理学家玻色(S Bose)写了一封信给爱因斯坦说:“尊敬的先生,我冒昧地把论文寄给您,请您过目;我渴望知道您对这篇文章的反应如何。您会看到我已经冒险地推导出普朗克公式中的系数……与经典动力学没有关系。”他非但有这一“冒昧”,还来了一个“冒昧”的“平方”:请爱因斯坦把他的论文翻译成德语,以便在德国刊物上发表。
要知道,那时候德国科学发达,德语是学术界的一种主流语言,玻色的这种要求倒也自然。
那年,爱因斯坦45岁,已创建了相对论,还在此前两年荣获诺贝尔物理学奖。然而,他完全不在意无名小卒的这种“冒昧”,通读论文后,立即发现了此文的重大学术价值。7月12日,他写信给艾伦菲斯特说:“印度人玻色用一个优美的推导得出了普朗克的公式,包括那个系数……”他迅即地翻译了这篇论文,推荐到《物理学杂志》发表,还特地加了“译者按”,写道:“在我看来,玻色对普朗克公式的推导意味着一个重要进展。”
确实如此。玻色在文中提出了一种崭新的方法来诠释普朗克的辐射定律。他把光看成有许多没有质量的粒子(现称为光子)组成的“气体”;它不遵守经典的玻尔兹曼的统计规律,而是服从基于粒子不可分辨的新的统计规律。他的论证完全没有借助于经典的电动力学,而是借助于统计力学;它是粒子的热平衡定律,其中出现一些奇异特性,如粒子无质量、不守恒,有两个极化状态等等,玻色自己也感到有点迷惘,才迫切地求教于爱因斯坦。
爱因斯坦敏感地抓住了玻色提出的新理念,把它应用于大量微粒组成的气体中,由此得到了一种新的统计法,就是后人所命名的“玻色-爱因斯坦统计”,表述了气体中的分子是如何均分的。收到玻色来信后的三个月和八个月后,爱因斯坦接连发表论文《单原子理想气体的量子理论(I)、(II)》,指出这种新的统计的特征是“粒子是不可分辨的,且任何量子能级上可以被任意数量的粒子占据。”接着,他做了进一步发挥:粒子争先恐后地“凝聚”在最低能级上。后人将这种凝聚称为“玻色-爱因斯坦凝聚”。由此可见,爱因斯坦出色地发展了玻色的研究成果。
事情还远不至此。爱因斯坦用这种新的统计法做出了一个影响深远的预言:在低温下,液化了的气体会失去粘性,形成所谓“超流性”(super-fluidity)。1928年,基索姆(WH Keesom)在实验中发现了超流性;1962年苏联物理学家朗道因超流性方面的研究或诺贝尔奖;此后又有六人因此成为诺奖得主。
值得一提的是:由于爱因斯坦“慧眼识英雄”和大力提携,玻色在1924年发表的论文成为在光量子领域的第四篇(也是最后一篇)革命性论文,前三篇论文的作者分别为:普朗克(1900)、爱因斯坦(1905)和玻尔(1913)。玻色由此一举成名。
从这一轶事可以悟出两个道理:
——学有所成的学者应该无私地、全力以赴地扶掖后进的学者,想方设法使他们迅速成长,特别要使其中的佼佼者尽快崭露头角;
——年长者对年青人的帮助不是单向的,而是双向的。年青人思路活跃,所受的束缚较小,极有可能产生出乎预料的思想火花,往往会诱发年长者捕捉到珍贵的信息和思想,为自己的创造提供新的线索和思路。
参考资料:
杨建邺,爱因斯坦传——窥见上帝秘密的人,海南出版社,2003。
写于2011年6月19日晨
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