“Een Vergeten Genie”一文是著名理論物理學(xué)家Hendrik B. G. Casimir所寫(xiě)的關(guān)于荷蘭天才物理學(xué)家特羅德（Hugo Martin Tetrode）的簡(jiǎn)單生平及其物理貢獻(xiàn)的介紹。為了便于讀者閱讀，文后附加了原文沒(méi)有的一些關(guān)鍵參考文獻(xiàn)和適當(dāng)?shù)淖⑨專üP者借此對(duì)本文編輯的建議與幫助表示感謝）。說(shuō)特羅德是“被遺忘的天才”只是在作者當(dāng)時(shí)的語(yǔ)境之下，時(shí)過(guò)境遷，今天看來(lái)可能并不十分“確鑿”，畢竟在物理系的熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理課上，還要講到他與另一位德國(guó)物理化學(xué)家?jiàn)W托·薩庫(kù)爾（Otto Sackur，1880-1914）各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)的Sackur-Tetrode方程（今年恰好也是該方程誕生110周年）。但是無(wú)論如何，特羅德及其物理成就對(duì)公眾，甚至物理工作者，都稍顯陌生。編譯此文，希望能夠?qū)⑵錃v史角色拉回公眾的視野。

撰文?|?H. B. G. Casimir

編譯?|?1/137

前段時(shí)間我收到了西班牙科學(xué)史家J. M. Sanchez-Ron的來(lái)信，信里說(shuō)：
“我正在為牛津大學(xué)出版社寫(xiě)一本書(shū)，專門(mén)講述20世紀(jì)物理學(xué)中超距作用概念的歷史。我要談的一點(diǎn)是荷蘭物理學(xué)家特羅德（Hugo Martin Tetrode）的貢獻(xiàn)。他在1922年（關(guān)于超距作用）的論文，首先給愛(ài)因斯坦以及多年后的惠勒和費(fèi)曼，留下了深刻的印象。問(wèn)題是到目前為止我完全找不到任何關(guān)于他的生平，甚至連他的名字都沒(méi)有（除了他發(fā)表的一些論文提到他住在阿姆斯特丹）。我得承認(rèn)，就此事我已經(jīng)聯(lián)系了很多國(guó)家的大學(xué)。盡管如此，我認(rèn)為在書(shū)中包含一些關(guān)于這位真正被低估的荷蘭物理學(xué)家的生活細(xì)節(jié)是很重要的，他對(duì)量子和經(jīng)典物理的研究是我們這一領(lǐng)域的持久貢獻(xiàn)。因?yàn)槲抑滥阋彩呛商m人，所以我把你當(dāng)作救命稻草。如果你能向我提供一些關(guān)于特羅德的生活、職業(yè)和工作的細(xì)節(jié)，或文件，我將非常感激。”

從一個(gè)著名的公式開(kāi)始
這樣的信必須回復(fù)，但首先我對(duì)特羅德知之甚少。我知道一個(gè)著名的熱力學(xué)公式以他的名字命名。我記得在1928年或之后不久，我震驚于他在德國(guó)Zeitschrift für Physik上發(fā)表的一篇非常專業(yè)的文章。令人驚訝的是，他不屬于通常的、非常小的荷蘭理論家圈子。我的老師泡利（Wolfgang Pauli）——1932-1933學(xué)年我在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院給他擔(dān)任助理——就曾經(jīng)長(zhǎng)嘆說(shuō)：“在你們荷蘭有些怪才（Merkwürdige Kauze）。比如特羅德，他的工作十分出色。但沒(méi)人認(rèn)識(shí)他，他似乎也不想認(rèn)識(shí)任何人?！?br>
此外，我相當(dāng)確定他從未在大學(xué)或工業(yè)實(shí)驗(yàn)室擔(dān)任物理學(xué)家。因?yàn)闆](méi)有其他更多信息了，所以我不得不著手調(diào)查一番。我先去查閱了電話簿，很快發(fā)現(xiàn)“Tetrode”這個(gè)名字非常罕見(jiàn)（倒是“Tetterode”更常見(jiàn)）。因此，打電話去特羅德家并非無(wú)望，我試了兩次就成功了。我不記得到底為什么要去希爾弗瑟姆（Hilversum），但事實(shí)證明，住在那里的特羅德女士仍記得自己帥氣但孤獨(dú)的堂兄。她在那時(shí)以及后來(lái)應(yīng)我請(qǐng)求查閱了家族文檔，我非常感激她。她說(shuō)特羅德的父親曾是銀行董事，這一點(diǎn)對(duì)我非常有幫助。
德維斯（Joh. de Vries）教授向我提供了有關(guān)特羅德家族的大量信息，他那時(shí)正在研究荷蘭銀行史。與此同時(shí)，我還通過(guò)其他方式知道到了更多東西?？伎怂?/span>（A. Kox）博士正在負(fù)責(zé)出版洛倫茲（H. A. Lorentz，1853-1928）的通信集，他偶然發(fā)現(xiàn)了特羅德給洛倫茲的一封值得注意的信。此外，他注意到在阿姆斯特丹的塞曼（Pieter Zeeman，1865-1943）實(shí)驗(yàn)室里有一些書(shū)籍，其中的藏書(shū)票是特羅德釘上去的。我自己也在萊頓大學(xué)教授保羅·埃倫費(fèi)斯特（Paul Ehrenfest，1880-1933）井井有條的通信中發(fā)現(xiàn)了特羅德的一些筆記。

有了這些線索，完成一個(gè)稍完整的傳記似乎并不太難，但這種期望只部分地實(shí)現(xiàn)了。然而我的發(fā)現(xiàn)是如此驚人，我認(rèn)為值得講述出來(lái)。他的父親，Pieter Johan Conrad Tetrode博士（1863-1955）是金融界的知名人物，曾在多家銀行工作，1919年至1934年擔(dān)任荷蘭銀行董事。此后他還擔(dān)任過(guò)多個(gè)監(jiān)事。1894年，他與Charlotte Louisa Gildemeester（1864-1942）結(jié)婚，育有三個(gè)子女：本故事主角雨果（Hugo Martin，1895.3.7-1931.1.18），妹妹海倫娜（Helena Maria，1897-1982）和弟弟彼得（Pieter，1902-1973）。特羅德終生未婚。他的弟弟和妹妹都是晚婚，沒(méi)有子嗣，他們的配偶也過(guò)世了。他出生在范德斯特拉特（Vondelstraat）的一所房子里。1902年，他家搬到了Keizersgracht 573號(hào)，1909年又搬到了Herengracht 526號(hào)。他們一直在這住到1934年，也就是特羅德去世后，這里一直都是他們家的地址，盡管后來(lái)他們主要住在索斯特堡的惠澤埃格蒙德（Huize Eggher-monde）。




他畢業(yè)了嗎？
我無(wú)法確定特羅德是否完成了他的畢業(yè)考試，更不要說(shuō)在何時(shí)何地考的了。阿姆斯特丹的市政檔案館只記載了他沒(méi)有念市屬高中，也沒(méi)有去過(guò)第一HBS銀行。盡管勤勉地查閱了參考文獻(xiàn)和檔案，除了一個(gè)例外，我從后來(lái)的調(diào)查中一無(wú)所獲。但是這個(gè)例外很有意思。

在1913年版“荷蘭貴族“第4卷中提到他被萊比錫（Leipzig）大學(xué)錄取。我給萊比錫一位知名同事的信意外立功。萊比錫大學(xué)學(xué)生注冊(cè)登記系統(tǒng)在兩次世界大戰(zhàn)中得以幸存。事實(shí)證明，特羅德于10月16日注冊(cè)兩年，其間念了數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)。他住在教授馮·厄廷根（von Oettingen）教授的家中。他是否參加了畢業(yè)考試？是的話，他必須跳過(guò)一門(mén)或幾門(mén)課程，或參加國(guó)家考試。1912 年 8月8日，他收到了一封他參加的講座和實(shí)踐的證明。他顯然回到了阿姆斯特丹。

奇怪的是，名單上沒(méi)有關(guān)于理論物理和數(shù)學(xué)的講座。沒(méi)有證據(jù)表明他在次年再次來(lái)到萊比錫。我懷疑情況并非如此，但無(wú)論如何他沒(méi)有參加定期講座：這已在登記系統(tǒng)中已查明了。




奇跡
現(xiàn)在，偉大的奇跡到來(lái)了。1912年3月18日，著名的物理雜志Annalen der Physik的編輯收到了他的一份手稿。它很快于5月23日發(fā)表（7月17日雜志編輯收到了他的一份簡(jiǎn)短補(bǔ)充，對(duì)前文中的一些小錯(cuò)誤進(jìn)行了糾正）[注釋1]。

著名的Sackur-Tetrode方程
對(duì)于一個(gè)還不到十七歲的年輕人來(lái)說(shuō)，這是一件令人驚嘆的工作。這表明他已經(jīng)研究和理解了現(xiàn)代理論物理學(xué)的大部分內(nèi)容，特別是玻爾茲曼和吉布斯的統(tǒng)計(jì)力學(xué)，他并不懼怕相當(dāng)高等的數(shù)學(xué)。這已經(jīng)非常難得，但更為引人注目的是，他引入了兩個(gè)大膽的假設(shè)，幾乎是不言而喻的，而這些他無(wú)法證明但合理的假設(shè)，則給出了那個(gè)著名的方程（德國(guó)物理化學(xué)家O. Sackur幾乎同時(shí)得到了同樣的方程[注釋2]）。這個(gè)理論引起了不小的轟動(dòng)，洛倫茲和埃倫費(fèi)斯特都研究過(guò)它。但兩人都反對(duì)特羅德的方法，雖然他們承認(rèn)它導(dǎo)致了有用的結(jié)果。隨著量子力學(xué)后來(lái)的發(fā)展，人們才完全搞清楚特羅德為什么是正確的。

Otto Sackur (1880-1914) and Hugo Tetrode (1895-1931)，（本圖為譯者所加，來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）

他從萊比錫回家后做了什么？我懷疑他一直在家里獨(dú)立工作。1915年，他寫(xiě)信給埃倫費(fèi)斯特，顯然后者邀請(qǐng)他參加討論班，他很遺憾當(dāng)天無(wú)法參加，但他希望很快能去萊頓拜訪埃倫費(fèi)斯特。在不久之后的第二封信中，他感謝埃倫費(fèi)斯特寄來(lái)的（論文）副本，并說(shuō)可以從中學(xué)到很多東西。1915年，他在荷蘭皇家科學(xué)院院報(bào)（Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen）發(fā)表了一篇長(zhǎng)論文，進(jìn)一步闡述了他對(duì)“化學(xué)常數(shù)”的看法。這是由洛倫茲和塞曼提交的。如文檔所示，他與洛倫茲交換了意見(jiàn)。到目前為止，我沒(méi)有找到關(guān)于與塞曼有關(guān)系的詳細(xì)信息，但特羅德和塞曼并不是不可能相互認(rèn)識(shí)。無(wú)論如何，特羅德隨后與其他荷蘭物理學(xué)家進(jìn)行了一些接觸。

1916年，埃倫費(fèi)斯特再次邀請(qǐng)他。他答稱由于健康狀況不佳無(wú)法參與討論，他也沒(méi)有在家接待訪客。這可能是結(jié)核病的第一次發(fā)作嗎？然而他對(duì)物理學(xué)的興趣并未消失：同一封信中還包含了對(duì)普朗克文章的批評(píng)。

直到1922年，他才再次“發(fā)聲”：Sanchez-Ron寫(xiě)信給我提及的論文發(fā)表于Zeitschrift für Physik[注釋3]。它包含一種新的力學(xué)方法，非常新穎，非常大膽，但數(shù)學(xué)上有精確地表述。這種方法也導(dǎo)致了特殊的思辨性的反思，用他自己的話說(shuō)：“在最后四頁(yè)中，我們寧可放棄對(duì)數(shù)學(xué)證明的思考?！蔽蚁胍脦拙湓?，盡可能原汁原味地將特羅德（在我看來(lái)非常漂亮）的德語(yǔ)翻譯出來(lái)：
“因果關(guān)系，部分取決于偶然性。然而，這種觀念最初并不存在于人類(lèi)頭腦中，并且在過(guò)去并未得到遵守：眾所周知，在世界事件中（人們）假設(shè)完全不同的相互聯(lián)系，盡管是以一種相當(dāng)幼稚的方式?！?br>
在上面提到的那位表親在家族文件找到的材料中，有一張?zhí)亓_德的照片，照片背面寫(xiě)著“1922年夏天第一次會(huì)議，工人在演講者房子的窗口”。我還沒(méi)有確定它是哪個(gè)會(huì)議，但至少看來(lái)他已經(jīng)康復(fù)并參加了一定的社交活動(dòng)。1924年，特羅德給洛倫茲寫(xiě)了一封長(zhǎng)信，解釋說(shuō)他過(guò)去完全陷入了對(duì)1922年論文中的想法的進(jìn)一步闡述之中。他現(xiàn)在正朝著完全不同的方向?qū)ふ摇傲孔又i”的解決方案，并希望與洛倫茲討論這個(gè)問(wèn)題。

我不知道他們是否真的進(jìn)行了這樣的討論，但無(wú)論如何，這種方法目前也沒(méi)有被證明是富有成效的。發(fā)生在1924年至1928年之間的新量子力學(xué)的發(fā)展是沿著完全不同的路線。特羅德肯定密切關(guān)注這一發(fā)展。事實(shí)上，1928年他再次在Zeitschrift für Physik 發(fā)表了兩篇文章[注釋4]，其中包含對(duì)Dirac理論的寶貴數(shù)學(xué)補(bǔ)充，并顯示出他已完全掌握最新的量子力學(xué)理論。與埃倫費(fèi)斯特的最后一次通信也在那一年。后者要求他寄來(lái)論文副本，并邀請(qǐng)他有機(jī)會(huì)來(lái)萊頓：也許他會(huì)很高興認(rèn)識(shí)狄拉克或泡利。特羅德寄送了一些（論文）副本并附上禮節(jié)性的回函，稱舊論文的副本在阿姆斯特丹，他本人在蘇斯特貝赫（Soesterberg）。他一回到阿姆斯特丹就會(huì)立即寄送給埃倫費(fèi)斯特，但沒(méi)有回應(yīng)后者的邀請(qǐng)。



將愛(ài)因斯坦拒之門(mén)外
特羅德于1931年1月18日去世。其后不久，他的妹妹來(lái)到塞曼實(shí)驗(yàn)室捐獻(xiàn)了他的科學(xué)藏書(shū)，塞曼的一名前雇員仍然清晰的記得這一幕。她說(shuō)她哥哥死于肺結(jié)核，生前變得越來(lái)越怕見(jiàn)人，最后她幾乎成了唯一一個(gè)與他接觸的人。
有一則關(guān)于特羅德的軼事。愛(ài)因斯坦和埃倫費(fèi)斯特有一次想去拜訪他，卻被他的仆人在前門(mén)謝客：“先生不待客。”這個(gè)我已聽(tīng)過(guò)多次的故事聽(tīng)起來(lái)可能難以置信，但它與我目前所發(fā)現(xiàn)的是一致的。浮現(xiàn)在我們面前的是一個(gè)真正有天賦的人，但健康不佳。因?yàn)榻?jīng)濟(jì)上的獨(dú)立，他可以抱病繼續(xù)他的研究，但也許正是這種經(jīng)濟(jì)上的獨(dú)立導(dǎo)致了一種逐漸形成的孤獨(dú)。
無(wú)論如何，他顯然并不熱衷于參加會(huì)議和討論。也許他認(rèn)為，如果他能偶爾通過(guò)發(fā)表論文和他的同行溝通，那就足夠了。我自己對(duì)此并不完全滿意。我想多了解一下這位杰出人物的生活方式、思維方式和工作方法。這也是我寫(xiě)這篇短文的原因之一。

注釋

1. 詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[2]。特羅德在5月23日發(fā)表的文章中給出了熵的一個(gè)啟發(fā)性的推導(dǎo)，他假設(shè)基本單元相格的大小為(zh)^n．他利用液體汞的蒸氣壓數(shù)據(jù)擬合參數(shù)z。由于一些數(shù)字上的錯(cuò)誤，他得到z≈0.07。在隨后對(duì)前文的勘誤中，特羅德修正了自己的錯(cuò)誤，得到了z~1的正確結(jié)果。詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[9]。

2. 詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[3，4]。?

3. 即文章開(kāi)始西班牙科學(xué)史家J. M. Sanchez-Ron提到的“超距作用”論文，見(jiàn)參考文獻(xiàn)[5, 6]。電動(dòng)力學(xué)可以用粒子間超距作用(Action at a distance)——即不引入場(chǎng)的情況下——加以描述，以區(qū)別于（麥克斯韋）場(chǎng)論。這導(dǎo)致了Tetrode-Fokker-Schwarzchild作用量積分。這是H. Tetrode對(duì)電動(dòng)力學(xué)研究的貢獻(xiàn)。電動(dòng)力學(xué)的超距作用思想比“場(chǎng)”的概念來(lái)的悠久，甚至在麥克斯韋場(chǎng)論被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)之后約半個(gè)世紀(jì)，也即上世紀(jì)40年代末，費(fèi)曼和惠勒師徒仍然試圖以所謂的“吸收體”超距作用來(lái)詮釋。?

4. 見(jiàn)參考文獻(xiàn)[7，8]。?

參考文獻(xiàn)

[1]?http://www.marceltettero.nl/mtettero/Tetrode.htm，本文原文發(fā)表于NRC Handelsblad, 1984.2.23.

[2] H. Tetrode, Die chemische Konstante der Gase und das elementare Wirkungsquantum (The chemical constant of gases and the elementary quantum of action), Ann. Phys. 38, 434-442 (1912); Berichtigung zu meiner Arbeit: “Die chemische Konstante der Gase und das elementare Wirkungsquantum”? (Correction to my work: The chemical constant of gases and the elementary quantum of action), ibid., 39, 255 – 256 (1912).

[3] O. Sackur, Die Anwendung der kinetischen Theorie der Gase auf chemische Probleme (The application of the kinetic theory of gases to chemical problems), Ann.?Physik. 36, 958-980 (1911).

[4] O. Sackur, Die universelle Bedeutung des sog. elementaren Wirkungsquantums (The universal significance of the so-called elementary quantum of action), Ann. Physik. 40, 67-86 (1913).

[5] H. Tetrode, über den Wirkungszusammenhang der Welt. Eine Erweiterung der klassischen Dynamik (On the interdependencies of the world. An extension of classical dynamics),?Zeitschrift für Physik,?vol.10,?317–328 (1922).

[6] A. D. Fokker, Ein invarianter Variationssatz für die Bewegung mehrerer elektrischer Massenteilchen (An invariant set of variations for the movement of multiple electrical mass particles),?Zeitschrift für Physik?vol.?58,?386–393 (1929).

[7] H. Tetrode, Der Impuls-Energiesatz in der Dirachsen Quantentheorie des Elektrons (The impulse-energy theorem in Dirac’s quantum theory of the electron),?Zeitschrift für Physik,?vol. 49, 858–864 (1928).

[8] H. Tetrode, Allgemein-relativistische Quantentheorie des Elektrons (General-relativistic quantum theory of the electron),?Zeitschrift für Physik,?vol. 50, 336–346 (1928).

[9] W. Grimus, On the 100th anniversary of the Sackur-Tetrode equation, arXiv:1112.3748 [physics.hist-ph].

作者簡(jiǎn)介

Hendrik B. G. Casimir（1909-2000），即H.卡西米爾，荷蘭著名理論物理學(xué)家以及工業(yè)研究領(lǐng)導(dǎo)者。1909 年 7 月 15 日出生于海牙，1926年進(jìn)入萊頓大學(xué)跟隨埃倫費(fèi)斯特學(xué)習(xí)理論物理。后在哥本哈根成為尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）的研究生。1931年他完成了有關(guān)量子力學(xué)和群論的博士論文，開(kāi)始在量子力學(xué)領(lǐng)域嶄露頭角。1932至1933年，卡西米爾在蘇黎世為泡利做助手，這段經(jīng)歷對(duì)他產(chǎn)生了持久而深遠(yuǎn)的影響。1948年，他與迪克·普爾德（Dik Polder）一起發(fā)現(xiàn)了著名的卡西米爾效應(yīng)?？ㄎ髅谞柕牧硪粋€(gè)角色是工業(yè)研究的領(lǐng)導(dǎo)者。他于上世紀(jì)50年代后期進(jìn)入飛利浦實(shí)驗(yàn)室管理層，負(fù)責(zé)該實(shí)驗(yàn)室全球研究活動(dòng)?？ㄎ髅谞栐谌粘Ｉ钪邢矚g美食、文學(xué)藝術(shù)、在山中Hiking，以及拉小提琴。