奧地利物理學(xué)家保羅·埃倫費(fèi)斯特是20世紀(jì)早期一位重要的物理學(xué)家，但一定程度上已經(jīng)被后人遺忘了。他早年在哥廷根跟隨希爾伯特、克萊因等巨擘學(xué)習(xí)，后來(lái)成為玻爾茲曼的學(xué)生，埃倫費(fèi)斯特在統(tǒng)計(jì)力學(xué)、量子力學(xué)、相對(duì)論等領(lǐng)域做出杰出貢獻(xiàn)。他對(duì)問(wèn)題清晰明了的表達(dá)，以及教導(dǎo)學(xué)生時(shí)的認(rèn)真和專注，被同行認(rèn)為是最好的老師。埃倫費(fèi)斯特也同樣是一位益友，他與愛因斯坦、玻爾等人建立了深厚的友誼，玻爾與愛因斯坦那張著名的探討量子力學(xué)的照片，即是在埃倫費(fèi)斯特家中拍攝。然而，埃倫費(fèi)斯特后來(lái)因?qū)ξ锢韺W(xué)“狂飆時(shí)代”迅猛發(fā)展的困惑，與家庭、社會(huì)的變故，讓他最終走向了和自己導(dǎo)師相似的悲劇之路——年僅53歲，在槍殺自己兒子后自殺身亡。

撰文?|?Eric. Johnson（辛辛那提圣約瑟夫山大學(xué)化學(xué)系副教授）翻譯?|?1/137

埃倫費(fèi)斯特在很大程度上是一個(gè)被遺忘的人物，但他受到20世紀(jì)最聰明的學(xué)生以及最重要的科學(xué)家的喜愛

埃倫費(fèi)斯特的努力也許最能從同儕私下對(duì)他的稱呼得到認(rèn)同：物理學(xué)的良知（the conscience of physics）。丨圖片來(lái)源：維基/ The MIT Press Reader

如果我們從其所結(jié)交的朋友來(lái)判斷，埃倫費(fèi)斯特（Paul Ehrenfest）肯定是一位偉大的科學(xué)家。愛因斯坦曾稱他為“據(jù)我所知我們這個(gè)行業(yè)中最好的老師”。量子物理學(xué)的先驅(qū)玻爾（Niels Bohr）是他的密友和家中常客。曼哈頓計(jì)劃的領(lǐng)導(dǎo)者，費(fèi)米（Enrico Fermi）和奧本海默（Robert Oppenheimer），都曾在萊頓大學(xué)埃倫費(fèi)斯特的實(shí)驗(yàn)室接受過(guò)博士后的學(xué)術(shù)訓(xùn)練，盡管埃倫費(fèi)斯特的個(gè)人貢獻(xiàn)稍顯遜色。如今，他在很大程度上是個(gè)被遺忘的角色，即使在物理學(xué)家中也是如此。那么，為什么他會(huì)被認(rèn)為是一位偉大的科學(xué)家呢？

埃里克·約翰遜是《焦慮與方程：理解玻爾茲曼熵》（Anxiety and the Equation: Understanding Boltzmann's Entropy）一書的作者，該書描述了十九世紀(jì)飽受焦慮困擾的物理學(xué)家玻爾茲曼的工作和生活。

埃倫費(fèi)斯特在科學(xué)上的任何偉大之處都與其博士導(dǎo)師玻爾茲曼（Ludwig Boltzmann）的學(xué)術(shù)遺產(chǎn)密不可分。作為19世紀(jì)的物理學(xué)巨擘，玻爾茲曼對(duì)我們理解氣體居功至偉——這一主題可能無(wú)法吸引21世紀(jì)的人們的想象力，但它在熱力學(xué)的發(fā)展中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。通過(guò)將氣體建模為原子的集合，并遵循統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)則，玻爾茲曼為難以捉摸的熱力學(xué)第二定律構(gòu)建起了微觀基礎(chǔ)。這項(xiàng)工作的重要性隨后被發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了對(duì)氣體的研究，影響到密碼學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域，甚至是宇宙大尺度結(jié)構(gòu)。
然而，對(duì)埃倫費(fèi)斯特來(lái)說(shuō)，早在他見到他的導(dǎo)師之前，這些發(fā)現(xiàn)帶給玻爾茲曼的興奮就已經(jīng)消退了。玻爾茲曼雖然仍是享譽(yù)海內(nèi)外的著名科學(xué)家，卻飽受自我懷疑和顧影自憐的折磨。他已是一個(gè)心力交瘁的老人，不比埃倫費(fèi)斯特內(nèi)心期許的導(dǎo)師，尤其是他這樣已做出如此偉大發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)師。他們之間的關(guān)系從未發(fā)揮出全部潛力，甚至他們?cè)谡n堂上的互動(dòng)似乎也變得不必要的復(fù)雜。在一個(gè)常被提及的故事中，埃倫費(fèi)斯特贏得了玻爾茲曼的青睞，因?yàn)樗虬嗌系钠渌瑢W(xué)特別詳盡地引用了玻爾茲曼的工作。玻爾茲曼開玩笑地回答說(shuō)：“如果我對(duì)自己的工作有如此了解就好了！”但人們記得，埃倫費(fèi)斯特也曾讓他的導(dǎo)師感到沮喪。在另一次課上交流中，玻爾茲曼指責(zé)這個(gè)年輕人把他當(dāng)作可以榨干汁液的檸檬。顯然埃倫費(fèi)斯特只是想讓教授澄清一些困惑之處。但是，他難以抑制的交流意愿——最終證明對(duì)埃倫費(fèi)斯特的成功至關(guān)重要的個(gè)性特質(zhì)——可能使他與這位長(zhǎng)者疏遠(yuǎn)了。?

玻爾茲曼 丨圖片來(lái)源：維基
不過(guò)最終，這可能并不重要。玻爾茲曼在埃倫費(fèi)斯特獲得博士學(xué)位僅兩年后就自殺了。盡管在一個(gè)人的自殺事件中發(fā)現(xiàn)任何積極的東西似乎是不恰當(dāng)?shù)?，但回顧往事，玻爾茲曼的逝世很明顯為埃倫費(fèi)斯特創(chuàng)造了一個(gè)機(jī)會(huì)，一個(gè)以未履行義務(wù)的形式出現(xiàn)的機(jī)會(huì)。在他去世前不久，玻爾茲曼同意為久負(fù)盛名的《數(shù)學(xué)科學(xué)百科全書》（Encyclopedia of Mathematical Sciences，以下方便起見簡(jiǎn)稱《百科全書》）撰寫一篇關(guān)于（熱力學(xué)）第二定律的統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)的文章。當(dāng)那篇尚待完成的文章突然失去了原定作者后，《百科全書》的編輯克萊因（Felix Klein）需要一個(gè)替代者，這促使他求助于埃倫費(fèi)斯特?？巳R因曾在一次數(shù)學(xué)研討會(huì)上見過(guò)埃倫費(fèi)斯特，剛剛獲得博士學(xué)位的后者在會(huì)上就第二定律這個(gè)眾所周知的棘手問(wèn)題進(jìn)行了異常清晰的闡述。在那次演講中，埃倫費(fèi)斯特介紹了一個(gè)簡(jiǎn)單的模型，闡明了玻爾茲曼工作中許多更有爭(zhēng)議的方面。該模型不依賴過(guò)于復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，而僅靠一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)——隨機(jī)選擇球在兩個(gè)罐子間來(lái)回移動(dòng)；或在一個(gè)更顯幽默的版本里，跳蚤在兩只狗身上跳來(lái)跳去，俗稱狗—跳蚤模型（dog-flea model）。無(wú)論是罐子里的球還是狗身上的跳蚤，都說(shuō)明了粒子如何在空間中分布，以及這種分布是如何隨時(shí)間演化。該模型體現(xiàn)了埃倫費(fèi)斯特方法的特點(diǎn)，揭示了他作為一名科學(xué)家的根本天賦。他是他那一代最重要的老師。
數(shù)學(xué)研討會(huì)促成了《百科全書》的文章?！栋倏迫珪返奈恼麓俪闪税惙扑固氐慕淌诼毼?span id="s0sssss00s" class="font-size-12">[1]。教授職位又促成了那些友誼和合作，使他廣為人知。然而，真正的偉大意味著一種遺產(chǎn)，一種歷史的需要。埃倫費(fèi)斯特真的是那種水準(zhǔn)的科學(xué)家嗎？一個(gè)教師要有何種天資才能被公認(rèn)為偉大？

想想索末菲（Arnold Sommerfeld）的評(píng)價(jià)吧——他培養(yǎng)出了諾貝爾獎(jiǎng)得主海森堡（Werner Heisenberg）和泡利（Wolfgang Pauli）——“他講課像個(gè)大師（master），”索末菲在為埃倫費(fèi)斯特申請(qǐng)萊頓教職的推薦信中寫道?！拔覐膩?lái)沒有聽過(guò)一個(gè)人講得這么有魅力，這么有才華……他知道如何把最困難的事情具體化，并直觀地表達(dá)清楚。數(shù)學(xué)論證被他轉(zhuǎn)化成易于理解的圖像?！?

埃倫費(fèi)斯特在課堂外的方法也值得注意，尤其是他在培養(yǎng)研究生時(shí)所表現(xiàn)出的強(qiáng)韌。烏倫貝克（George Uhlenbeck），作為埃倫費(fèi)斯特曾經(jīng)的學(xué)生，這樣描述他在萊頓的教育經(jīng)歷：“他基本上總是只和一個(gè)學(xué)生一起工作，而且一周中每天下午都是如此。他和學(xué)生討論的要么是他正在研究的問(wèn)題，要么是他想詳細(xì)了解的文獻(xiàn)當(dāng)中的最近的論文。討論進(jìn)行得很快?！睘鮽愗惪搜a(bǔ)充說(shuō)，“到下午結(jié)束時(shí)，學(xué)生累得要死。奇怪的是，過(guò)了一段時(shí)間，倦意就消失了，一年之后，雙方幾乎平等地工作?！?

當(dāng)20世紀(jì)的杰出科學(xué)家一起奠定現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)時(shí)，他們希望埃倫費(fèi)斯特在場(chǎng)

在烏倫貝克的例子中，他不僅熬過(guò)了學(xué)徒期，而且和同學(xué)古德斯密（Samuel Goudsmit）做出了基礎(chǔ)性的發(fā)現(xiàn)——電子自旋的性質(zhì)。誠(chéng)然，如果不是他首先忍受了埃倫費(fèi)斯特全神貫注的嚴(yán)格要求，他就可能不會(huì)有這樣的發(fā)現(xiàn)。富于教益的是，烏倫貝克的發(fā)現(xiàn)使他得到了應(yīng)有的榮耀。一個(gè)不如埃倫費(fèi)斯特的科學(xué)家可能會(huì)把學(xué)生的工作歪曲成他自己的，盜取屬于學(xué)生的未來(lái)的榮譽(yù)。但十分明顯，埃倫費(fèi)斯特不僅是一個(gè)偉大的科學(xué)家，他也是一個(gè)好人。??對(duì)于這個(gè)好人來(lái)說(shuō)，也許沒有比他的朋友兼同事愛因斯坦更令人信服的品德證人了。在他的著作《晚年文集》（Out of My Later Years）中，愛因斯坦將埃倫費(fèi)斯特描述為一個(gè)“對(duì)人類的發(fā)展和命運(yùn)充滿激情的人，尤其是對(duì)他的學(xué)生。理解他人，獲得他們的友誼和信任，幫助任何卷入外在或內(nèi)心斗爭(zhēng)的人，鼓勵(lì)有天分的年輕人——所有這些都是他真正的要素，幾乎比浸淫在科學(xué)問(wèn)題中還重要。”愛因斯坦進(jìn)一步指出，埃倫費(fèi)斯特“總是把明晰和敏銳帶入討論。他反對(duì)含糊和拐彎抹角，必要時(shí)運(yùn)用他的機(jī)智，甚至是徹頭徹尾的粗魯?！?/span>
當(dāng)20世紀(jì)杰出的科學(xué)家們一起為現(xiàn)代物理學(xué)奠基時(shí)，他們希望埃倫費(fèi)斯特在場(chǎng)。他的同儕意識(shí)到，科學(xué)革命不僅需要革命性的思想，還需要有犀利的思想家來(lái)組織涌現(xiàn)出的故事。埃倫費(fèi)斯特明顯是后一類的典范。他的傳記作者馬丁·克萊因（Martin Klein）這樣描述他的角色：“沒有人比他更深入地致力于創(chuàng)造20世紀(jì)物理學(xué)的概念，也沒有人比他更全力以赴地在革命的洪流中保持明晰性和可理解性。他的努力得到了同儕的認(rèn)可，并因此私下被稱為物理學(xué)的良知?！?/span>

不幸的是，埃倫費(fèi)斯特不滿足于僅僅作為物理學(xué)的良知。他渴望扮演一個(gè)迥然不同的角色，在革命者中贏得一席之地——而隨著年齡的增長(zhǎng)，這種不同似乎越來(lái)越不可能。年輕的一代（他幫助培養(yǎng)的一代）正在改變物理學(xué)的本質(zhì)，其方式似乎降低了他的技能的價(jià)值。對(duì)埃倫費(fèi)斯特來(lái)說(shuō)，物理一直是可形象化的事物。它讓位于具體的例子。它不僅僅是一組自洽的數(shù)學(xué)命題。（物理）意義和理解蘊(yùn)藏在數(shù)學(xué)之中。但年輕一代通過(guò)轉(zhuǎn)向越來(lái)越深?yuàn)W的方法獲得了成功。于是當(dāng)物理學(xué)開始不可逆轉(zhuǎn)地滑向抽象時(shí)，埃倫費(fèi)斯特似乎被甩在了后面。?

玻爾和愛因斯坦在萊頓埃倫費(fèi)斯特的家中辯論量子理論（1925年12月）。丨來(lái)源：維基

他毫不掩飾自己的困惑和羞愧。但是，他的羞愧是毫無(wú)根據(jù)的，與他的日常經(jīng)驗(yàn)相矛盾。物理學(xué)界一直對(duì)他推崇有加；他的同事仍然尋求他的建議。然而，他覺得自己被排除在交流之外，某種一直浮于表面的信心不足感開始滋長(zhǎng)。在給以前的幾個(gè)學(xué)生的信中，他寫道：“每一期的《物理學(xué)雜志》（Zeitschrift für Physik）或《物理評(píng)論》（Physical Review）都會(huì)讓我陷入盲目的恐慌中。孩子們，我真是什么都不知道?！睂W(xué)生們則向他們的導(dǎo)師保證說(shuō)，他實(shí)際上知道太多的事情。他發(fā)現(xiàn)最令人費(fèi)解的問(wèn)題——那些與新興的量子理論有關(guān)的問(wèn)題——是物理學(xué)界作為一個(gè)整體面臨的重大障礙。（編者注：埃倫費(fèi)斯特關(guān)于黑體輻射的工作可見《黑體輻射公式的多種推導(dǎo)及其在近代物理構(gòu)建中的意義(三) |?賢說(shuō)八道》）他們鼓勵(lì)他更為公開地談?wù)摿孔永碚搸?lái)的挑戰(zhàn)，他做到了，但這是在一些刺激之后。他最終在《物理學(xué)雜志》（讓他陷入盲目恐慌的雜志之一）上發(fā)表了一篇文章。這篇文章的題為“關(guān)于量子力學(xué)的一些探究問(wèn)題”（Einige die Quantenmechanik betreffende Erkundigungsfragen）。對(duì)這篇文章的回應(yīng)證實(shí)，埃倫費(fèi)斯特的“探究問(wèn)題”不是簡(jiǎn)單的困惑，更不是某個(gè)人的負(fù)擔(dān)。他的問(wèn)題實(shí)際上指明了前進(jìn)之路。因此，埃倫費(fèi)斯特以他特有的方式，再次強(qiáng)調(diào)了對(duì)明晰性的需求是不可或缺的向?qū)А?
但這最終讓他付出了代價(jià)，也讓物理學(xué)界失去了最重要的老師。埃倫費(fèi)斯特沿著玻爾茲曼的道路走向悲慘的結(jié)局。然而，他不會(huì)貿(mào)然做出決定。這封經(jīng)常被引用為他遺書的信，實(shí)際上是在離他自殺一整年前寫的（但從未寄出）。在信中他寫道[2]：

“我親愛的朋友們：玻爾、愛因斯坦、弗蘭克、赫格洛茨、約飛、科恩斯塔姆和托爾曼！在接下來(lái)的幾個(gè)月里，我實(shí)在不知道該如何繼續(xù)背負(fù)這已變得難以承受的生活負(fù)擔(dān)……我肯定會(huì)自殺的。如果那一天真的到來(lái)，那么我想知道，我已經(jīng)平靜地、不慌不忙地寫信給你們，你們的友誼在我的生活中扮演了如此重要的角色。……近年來(lái)，我越來(lái)越難以理解[物理學(xué)]的發(fā)展。在努力之后，我越來(lái)越虛弱和痛苦，最后在絕望中放棄了。除了自殺，我沒有其他“實(shí)際”的可能性……原諒我。”

一年后，他的看法沒有改善。最終，這也不僅僅是物理的事。一段失敗的婚姻，鄰國(guó)德國(guó)納粹黨的崛起，以及隨后他的老朋友愛因斯坦的移民美國(guó)，所有這些因素都可能導(dǎo)致1933年9月25日悲劇的發(fā)生。埃倫費(fèi)斯特那天早上前往阿姆斯特丹，在那里他先是和一位以前的學(xué)生見面。雖然他打算當(dāng)天晚些時(shí)候自殺，但他顯然需要最后一次扮演導(dǎo)師的角色。會(huì)面后，他去了他15歲的兒子瓦西克所在的“受難兒童研究所”（Institute for Afflicted Children）。瓦西克患有唐氏綜合癥，不久前從一家德國(guó)診所轉(zhuǎn)院到阿姆斯特丹。納粹黨在那一年早些時(shí)候攫取了政權(quán)。到達(dá)研究所后，埃倫費(fèi)斯特在候診室見到了他的兒子。他用手槍射中了兒子的頭部，然后自殺了。這是個(gè)難以名狀的結(jié)局——這一難以置信的行為背叛了他有意義的一生。埃倫費(fèi)斯特是一位偉大的科學(xué)家，卻不是一個(gè)對(duì)其人生的敏銳的評(píng)判者。
作者簡(jiǎn)介

作者Eric Johnson是辛辛那提圣約瑟夫山大學(xué)（Mount St. Joseph University in Cincinnati）化學(xué)系主任、副教授。他是《焦慮與方程：理解玻爾茲曼熵》（Anxiety and the Equation: Understanding Boltzmann's Entropy）一書的作者。

注釋

[1]譯注：埃倫費(fèi)斯特夫婦為《百科全書》撰寫的文章在當(dāng)時(shí)學(xué)術(shù)圈內(nèi)引起廣泛的注意，加之一些其他因素，使萊頓大學(xué)的洛倫茲(H.A.Lorentz)指定埃倫費(fèi)斯特為自己的接班人，接手那里的教授職位。?

[2]（英文）原文如下：“My dear friends: Bohr, Einstein, Franck, Herglotz, Joffé, Kohnstamm, and Tolman! I absolutely do not know any more how to carry further during the next few months the burden of my life which has become unbearable … it is as good as certain that I shall kill myself. And if that will happen some time then I should like to know that I have written, calmly and without rush, to you whose friendship has played such a great role in my life. … In recent years it has become ever more difficult for me to follow the developments [in physics] with understanding. After trying, ever more enervated and torn, I have finally given up in DESPERATION. … I have no other ‘practical’ possibility than suicide … Forgive me.”?

本文譯自：The Perils of Being Paul Ehrenfest, a Forgotten Physicist and Peerless Mentor (The Perils of Being Paul Ehrenfest, a Forgotten Physicist and Peerless Mentor | The MIT Press Reader). 譯文對(duì)原題稍作了改動(dòng)。