《對(duì)玻恩及其學(xué)派的系列研究》連載⑩
——埃瓦爾德及其與玻恩的友誼

厚宇德，侯孟晗

(河北大學(xué) 宋史研究中心，河北 保定　071002)

《對(duì)玻恩及其學(xué)派的系列研究》

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《對(duì)玻恩及其學(xué)派的系列研究》連載⑩
——埃瓦爾德及其與玻恩的友誼

厚宇德，侯孟晗

(河北大學(xué) 宋史研究中心，河北 保定071002)

保羅·埃瓦爾德是20世紀(jì)一位優(yōu)秀的X射線晶體學(xué)家.晶格動(dòng)力學(xué)是馬克斯·玻恩一生不輟耕耘的領(lǐng)域.埃瓦爾德與玻恩相識(shí)較早，兩人一直彼此尊重并充分認(rèn)可對(duì)方的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)，但觀點(diǎn)不一致時(shí)也激烈爭(zhēng)論.值得關(guān)注的是這種爭(zhēng)論并不傷及彼此之間的友誼與情感.之所以如此是因?yàn)?，他們之間的觀點(diǎn)不同以及爭(zhēng)論，根本目的是為了找到事實(shí)真相，而與個(gè)人之見的私心絲毫無(wú)關(guān).這種爭(zhēng)論很難發(fā)生在政治家、文學(xué)家甚至普通人之間.科學(xué)家的這種對(duì)事而非對(duì)人的態(tài)度值得所有現(xiàn)代人效仿.

保羅·埃瓦爾德；X射線晶體學(xué)；馬克斯·玻恩

埃瓦爾德是一位晶體學(xué)專門的研究者，玻恩一生持續(xù)研究的領(lǐng)域之一是晶格動(dòng)力學(xué).在玻恩做講師時(shí)，二人就開始熟識(shí).因此二人雖非交往密切的摯友，但交集甚多.玻恩在回憶錄中多次稱埃瓦爾德為老朋友.他們之間的關(guān)系是科學(xué)家之間人際關(guān)系的典型，處于這種關(guān)系之中的科學(xué)家，在研究工作中為爭(zhēng)辯是非可以針鋒相對(duì)、毫不顧忌私情；但在生活中作為普通人的交往中，彼此釋放善意，甚至情深意篤.

1　埃瓦爾德其人

保羅·埃瓦爾德(Paul Ewald)1888年1月23日出生于柏林.在大學(xué)做講師的父親，在埃瓦爾德出生前剛剛?cè)ナ?因此他是由母親一人撫養(yǎng)長(zhǎng)大.埃瓦爾德在柏林和波茨坦受到了很好的中學(xué)教育.希臘語(yǔ)、法語(yǔ)、英語(yǔ)以及他的母語(yǔ)都學(xué)得很好，但是他厭惡拉丁語(yǔ).埃瓦爾德1905年冬季在劍橋大學(xué)的岡維爾凱斯學(xué)院正式開始學(xué)習(xí)物理學(xué)、化學(xué)及微積分.其后1906—1907年間他到哥廷根大學(xué)繼續(xù)學(xué)習(xí)，在這個(gè)世界數(shù)學(xué)中心他很快發(fā)現(xiàn)自己的主要興趣是數(shù)學(xué).1907年埃瓦爾德到慕尼黑深入研修數(shù)學(xué)，這時(shí)他被索末菲的學(xué)識(shí)所吸引，再轉(zhuǎn)修物理學(xué).很自然索末菲成為了埃瓦爾德的博士論文指導(dǎo)教師，1912年他獲得博士學(xué)位.他的博士論文發(fā)展了X射線在單晶體中的傳播定律.埃瓦爾德為新出現(xiàn)的勞厄等人的X射線衍射實(shí)驗(yàn)所吸引，他立即能夠用他自己新發(fā)明的倒易格子概念從幾何上解釋這一實(shí)驗(yàn).第一次世界大戰(zhàn)期間，繼建立X射線傳播定律之后，埃瓦爾德構(gòu)想并發(fā)展了X射線衍射的動(dòng)力學(xué)理論.衍射的動(dòng)力學(xué)理論的成熟與應(yīng)用引領(lǐng)了從X射線與中子干涉法則到高分辨率電子顯微鏡等領(lǐng)域的新進(jìn)展.第一次世界大戰(zhàn)期間埃瓦爾德為德國(guó)軍隊(duì)的醫(yī)藥技術(shù)部門服務(wù)，戰(zhàn)后他返回慕尼黑大學(xué)做講師，同時(shí)做索末菲的助手.1912—1913年埃瓦爾德應(yīng)邀成為哥廷根大學(xué)希爾伯特的物理學(xué)助手，1917年獲得教師任職資格.1921年埃瓦爾德成為慕尼黑理工大學(xué)副教授，1922年成為斯圖加特大學(xué)教授.在納粹上臺(tái)后他辭職之前，埃瓦爾德曾在斯圖加特大學(xué)做過幾年校長(zhǎng).1937年他移居英國(guó)，在劍橋做研究人員直到1939年貝爾法斯特的女王大學(xué)為他提供了講師教職，后來(lái)他成為那里的數(shù)學(xué)物理教授.1949年他來(lái)到美國(guó)，成為布魯克林理工學(xué)院的教授兼物理系主任.1957年他辭去后一職務(wù)，在那里做教授直到1959年退休.第二次世界大戰(zhàn)之后，埃瓦爾德越來(lái)越關(guān)心晶體學(xué)的國(guó)際性發(fā)展.1944年在牛津大學(xué)他提出建立國(guó)際晶體學(xué)協(xié)會(huì)，其任務(wù)是負(fù)責(zé)發(fā)表晶體學(xué)領(lǐng)域的研究成果.這一倡議很快贏得《北美晶體學(xué)》期刊的熱烈的歡迎.1946年埃瓦爾德被推舉為國(guó)際晶體學(xué)臨時(shí)委員會(huì)主席.委員會(huì)同時(shí)提名他為學(xué)會(huì)期刊的總編輯.他為國(guó)際晶體學(xué)會(huì)服務(wù)到1966年，首先作為總編輯，1957年被選為為副理事長(zhǎng)，1960年埃瓦爾德被選為理事長(zhǎng).[1]1985年8月22日埃瓦爾德逝世于美國(guó)紐約.埃瓦爾德科學(xué)研究的主攻領(lǐng)域?yàn)閄射線晶體學(xué)，埃瓦爾德結(jié)構(gòu)(Ewald construction)、埃瓦爾德球(Ewald sphere)等名詞是物理界對(duì)于埃瓦爾德的永久紀(jì)念.埃瓦爾德1958年成為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1978年獲得德國(guó)馬克斯·普朗克獎(jiǎng)，1979年獲得第一屆愛明諾夫獎(jiǎng).該獎(jiǎng)是根據(jù)已故瑞典皇家科學(xué)院院士愛明諾夫的遺囑設(shè)立的，用以獎(jiǎng)勵(lì)世界范圍內(nèi)在晶體學(xué)領(lǐng)域做出重大貢獻(xiàn)科學(xué)家.

2　埃瓦爾德與玻恩

2.1玻恩回憶錄中的埃瓦爾德

在玻恩的回憶錄中，埃瓦爾德大約出現(xiàn)過4次，第一次出現(xiàn)在玻恩在哥廷根做講師時(shí)期.卡門在哥廷根物色到一個(gè)好住處，從此卡門、玻恩、庫(kù)朗等幾位好友得以租住在同一座大房子中.新房東提供的用餐服務(wù)不僅限于住在這里的幾個(gè)年輕人，有些客人也常加入.玻恩說：“其中一個(gè)人是保羅·埃瓦爾德，是剛從劍橋回來(lái)的年輕理論物理學(xué)家.”[2]埃瓦爾德與住在玻恩等人租住的房子里住戶之一的一位女孩戀愛結(jié)婚.因此這一時(shí)期，埃瓦爾德與玻恩應(yīng)該也隨之接觸頻繁.

埃瓦爾德第二次出現(xiàn)在玻恩的回憶中時(shí)，已經(jīng)是一位有成就的研究者：“當(dāng)卡門和我以紅外點(diǎn)陣振動(dòng)理論為依據(jù)發(fā)展晶體熱力學(xué)時(shí)，我的朋友保羅·埃瓦爾德在他的著名論文中已經(jīng)為現(xiàn)代晶體光學(xué)(包括X射線頻段)奠定基礎(chǔ).除了證明許多別的問題外，他還指出，四方晶體的雙折射可由他的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)推導(dǎo)出來(lái).希爾伯特對(duì)此文有興趣，他按新的方式在一系列的課上講述埃瓦爾德的成果，我去聽了這些課.在我看來(lái)有必要把這兩種事物——點(diǎn)陣的紅外振動(dòng)和光學(xué)振動(dòng)——?dú)w并成一個(gè)統(tǒng)一的理論.”[2]可見埃瓦爾德的成果對(duì)玻恩的研究工作是有所促動(dòng)的.

埃瓦爾德在玻恩回憶錄中第三次出現(xiàn)，與他的另外一項(xiàng)研究成果有關(guān)：玻恩說馬德隆基于玻恩的晶體研究而提出了馬德隆常數(shù).對(duì)于這個(gè)常數(shù)，他說：“有幾個(gè)人搞出了確定這個(gè)常數(shù)的別的方法，其中最普遍、最有效的方法是埃瓦爾德提出的.”[2]可見玻恩對(duì)于埃瓦爾德的研究是非常了解并高度認(rèn)同的.

埃瓦爾德在玻恩回憶錄中第四次出現(xiàn)，則是與他的下一代有關(guān)了.玻恩在回憶錄中提到在書信往來(lái)中，他曾經(jīng)遭到到一位年輕物理學(xué)家漢斯·貝特(Hans Bethe)的無(wú)知奚落：玻恩看到了一篇貝特的文章，寫了封信表示贊賞；貝特回信卻無(wú)理地說：“你沒看出物質(zhì)粒子碰撞問題與眾所周知的X射線散射之間的聯(lián)系，真是很可惜.”[2]玻恩認(rèn)為這樣的話只能是發(fā)火的老師說給懦弱的學(xué)生的，而不是一個(gè)年輕人寫給長(zhǎng)輩.后來(lái)他見到貝特時(shí)，發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)很有魅力的人.而“當(dāng)他和我的朋友保羅和愛拉·埃瓦爾德夫婦的一個(gè)可愛女兒結(jié)婚后，我對(duì)他的友好感更有所增加.”[2]漢斯·貝特，埃瓦爾德的這位女婿對(duì)于天體物理、量子電動(dòng)力學(xué)以及固體物理學(xué)均有研究和貢獻(xiàn)，1967年獲得了諾貝爾物理獎(jiǎng). 漢斯·貝特還是著名的PH，即Handbuch der Physik的主編.

2.2從埃瓦爾德與玻恩之間幾封通信看二人的關(guān)系

在玻恩的回憶錄中，埃瓦爾德出現(xiàn)不多，也沒有大篇幅的描寫.但是兩個(gè)人以及兩個(gè)家庭，一直存在著很友好的關(guān)系.在劍橋大學(xué)丘吉爾學(xué)院檔案中心的玻恩檔案中，有他們之間的一些往來(lái)書信.從中可以看出他們一直到晚年，都保持著老朋友之間的輕松、真摯的關(guān)系；對(duì)科學(xué)研究，彼此之間可以不留情面地“斤斤計(jì)較”，但不傷和氣.

1950年6月2日埃瓦爾德致玻恩函：“親愛的玻恩：在琳達(dá)結(jié)婚之際，非常感謝你美好的祝愿，我們?yōu)樗€(wěn)定下來(lái)而開心.從賓夕法尼亞州大學(xué)的會(huì)議以來(lái)，我就打算給你寫信，你聽說了那次會(huì)議上比弗斯(Arnold Beevers，英國(guó)著名晶體學(xué)家，本文作者注)的報(bào)告.比弗斯將你的手稿給我瀏覽，還給我看了你抱怨在以前的一個(gè)場(chǎng)合，我沒有理解你的想法的信件.我很抱歉地說，再一次我沒能從你的手稿中發(fā)現(xiàn)你在做任何有用處的什么東西.我的印象是你清晰地?cái)⑹隽藛栴}，但是將它放在一處，而那里剛好是我們的麻煩開始的地方.對(duì)我們來(lái)說，對(duì)問題的這種敘述并不新鮮，所以老實(shí)說，我不認(rèn)為你的文章在我們的討論中，將我們引向進(jìn)步.很清楚這是由于我的知識(shí)不足，而不是對(duì)你真實(shí)所為的全面描述.但是那時(shí)我確實(shí)不能從你的手稿中感受到更多的什么.我想，即便如此，那次會(huì)議也為收到你的來(lái)函而高興.一月初我在美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上遇見泡利時(shí)，我建議他應(yīng)該邀請(qǐng)你來(lái)普林斯頓，看起來(lái)他想玉成此事.后來(lái)我從在普林斯頓訪問回來(lái)的兩個(gè)后輩同行那里聽說，你希望以訪問教授身份來(lái)這里.如果結(jié)果這是真實(shí)的，我很開心.請(qǐng)告訴我這是不是真事.……你的《永不停息的宇宙》和《原子物理學(xué)》新版令人滿意，帶著同樣的期待問一下，關(guān)于晶格動(dòng)力學(xué)的書寫得怎么樣了？黃昆做得很成功嗎？我們?cè)谶@特別期待這本書的出版.”

在這封信中，埃瓦爾德對(duì)于玻恩的一篇手稿的批評(píng)可謂尖刻.但同時(shí)他積極動(dòng)員泡利推動(dòng)普林斯頓邀請(qǐng)玻恩來(lái)美國(guó)訪學(xué).埃瓦爾德與玻恩之間，在看法不一致時(shí)可以很直接地表達(dá)自己甚至刻薄的不同意見，但之后仍互相欣賞并期待再次相見.

1950年6月6日，玻恩回復(fù)埃瓦爾德，信中說：“親愛的保羅，非常感謝你6月2日的友好來(lái)函.至于我交給比弗斯的我的小手稿，我從來(lái)沒想過它包含什么新東西.我的目的只是反對(duì)我讀到的一些期刊上關(guān)于晶格結(jié)構(gòu)的文章，對(duì)于傅里葉分析方法，通過不可能確定的相位，問題被搞得模糊不清. 我已經(jīng)聽說了你的一些類似意見.我的意圖是使我自己清楚，事實(shí)上很多時(shí)候，只要存在很多強(qiáng)度高的可以測(cè)量的斑點(diǎn)， 晶格確定的結(jié)構(gòu)比超越可確定的結(jié)構(gòu)要多很多倍.相信你和其他專家一樣了解這一切，但是我從來(lái)沒有看到這方面的清晰表述.別介意，我一點(diǎn)沒想發(fā)表我的這個(gè)小手稿.我只是把它給比弗斯自己去閱讀理解，因?yàn)樗麑?duì)原則上的東西不是很清楚.我的關(guān)于晶體動(dòng)力學(xué)的書已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但是我已經(jīng)有6個(gè)月沒有看到黃昆了，我不知道他的準(zhǔn)確進(jìn)展情況.在長(zhǎng)假期間他要來(lái)這里，但是我們現(xiàn)在要完成它還是不可能的. 非常感謝你竭力幫我去普林斯頓.去年秋天我與奧本海默通過信，但是只為我提供了到那里3周的短期訪問，因?yàn)槲覀冞@里當(dāng)時(shí)10月有個(gè)會(huì)議，而且我覺得這么短的訪問會(huì)過于勞累.奧本海默提到了更長(zhǎng)時(shí)間訪問的可能性，但是今年不行了.因?yàn)橐Y助人們?nèi)⒓訃?guó)際數(shù)學(xué)會(huì)議，他們的經(jīng)費(fèi)緊張到了極點(diǎn). 我希望明年我有可能會(huì)去的.……送給你海蒂和我兩個(gè)人的最美好祝愿.你再來(lái)信，告訴我關(guān)于你的工作、你的生活以及你的住房等等的一些事情.”

從這封回信中，只是對(duì)于他的想法以及他的手稿做了些解釋，我們看不出玻恩對(duì)埃瓦爾德有絲毫的不滿.可見二人之間比較尖刻的批評(píng)已屬司空見慣.

1952年12月是玻恩70壽辰.12月10日埃瓦爾德從紐約寄來(lái)賀信：“親愛的馬克斯：為了能夠趕上給你的70歲大壽送上我最美好的祝愿，從幾天前我就開始寫這封信了.最近幾天我時(shí)常想起你，不能前往向您講述我對(duì)我們之間情感的珍視，我自覺抱歉.從我們第一次相識(shí)以來(lái)，伴隨我們的是漫長(zhǎng)而持久的友誼.……我們?cè)?jīng)生活在一個(gè)多么精彩的時(shí)代，目睹了所有這些物理學(xué)非凡的發(fā)展.我自己更屬于愿意接受這一切的一個(gè)角色，但是你在物理學(xué)的這一發(fā)展過程中卻起著如此活躍又如此重要的作用.回首你的工作你會(huì)非常滿意. 也就是說，如果存在令人滿意的事情，那么就是無(wú)邊的領(lǐng)域展示在眼前，提出的問題還遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過已被解決的問題. 然而，這可能是一種過于靜態(tài)的展望，更可取的應(yīng)該是采取更加動(dòng)態(tài)的方式，一個(gè)人要從他為了進(jìn)步而所能付出的奮斗中去獲得滿足感，你確實(shí)在這方面收獲多多.在這方面，你確實(shí)收獲甚多.你不可思議的活動(dòng)力現(xiàn)在看來(lái)也沒有下降，我希望將來(lái)也不要下降，即使你的年齡使你有資格去頤養(yǎng)天年.我想知道你將如何安排你未來(lái)的生活.在英國(guó)有機(jī)會(huì)再做些有報(bào)酬的事嗎？有人告訴我你以后想半年生活在愛丁堡半年生活在哥廷根.我想知道這的確是你的計(jì)劃嗎？……復(fù)活節(jié)后我很快將要去英國(guó).但是只逗留2-3天.因此我不可能有時(shí)間去看你.我想我們可以在劍橋一聚，但是地方我還沒有完全確定.所以，如果你剛巧復(fù)活節(jié)后在倫敦或倫敦附近，請(qǐng)告訴我.請(qǐng)代我向海蒂致以最美好的問候，請(qǐng)?jiān)诎倜χ谢卮鹞业囊恍﹩栴}.”

實(shí)事求是地說，玻恩在埃瓦爾德的個(gè)人世界里，埃瓦爾德在玻恩個(gè)人世界里，彼此都不是關(guān)系最緊密的最重要的朋友.在生活中，對(duì)于普通人而言，這樣的朋友為數(shù)更多.不分彼此親如兄弟的摯友總是為數(shù)不多的，普通人如此，科學(xué)家也是一樣.在玻恩與埃瓦爾德之間相對(duì)不是很緊密的朋友關(guān)系中，我們能夠感受到朋友之間的互相爭(zhēng)論與認(rèn)可、對(duì)于對(duì)方工作和事業(yè)的尊重，以及平淡中顯真情的友誼.科學(xué)家之間有志同道合也有格格不入，這是他們與其他人相似的一面.但是科學(xué)家之間的感情也與有些行業(yè)人之間的感情明顯不同.有些科學(xué)家之間如玻恩與愛因斯坦之間、玻恩與埃瓦爾德之間，因?yàn)閷?duì)科學(xué)的理解以及科學(xué)研究成果的認(rèn)識(shí)不同而有激烈爭(zhēng)論，但是他們這種爭(zhēng)論不傷害之間的友誼和感情.能夠做到這一點(diǎn)的科學(xué)家清楚，他們激烈爭(zhēng)論為的是真正認(rèn)清事實(shí)，爭(zhēng)論無(wú)關(guān)私心. 兩個(gè)文學(xué)家、兩位政治家、兩位商人，甚至兩位普通人之間，如果存在不可妥協(xié)的爭(zhēng)論，似乎就難以再做朋友.這是值得科學(xué)新人文主義深入關(guān)注并進(jìn)一步辨析和探討的重要話題.

[1]Editorial P P.Ewald memorial issue[J]. Acta Cryst A,1986,42:409- 410.

[2]Max Born. My life[M]. London: Taylor & Francis Ltd,1978:152-153,182,234.

Paul Ewald and his relation with Max Born

HOU Yu-de,HOU Meng-han

(The Center for Studies of Song History, Hebei University, Baoding, Hebei 071002, China)

Paul Ewald was a good physicist on X-ray crystallography. The lattice dynamics was a field where Max Born worked all his life. Paul Ewald and Max Born met and became friends in their earlier life, they regarded each other with respect, and appreciated the academic contribution made by each other. When they had different opinions, they could quarrel vehemently, and had nothing to harm to their friendship, because the aim they quarreled about was to find the truth of fact, and had none selfish. This kind of arguments hardly happened between politicians or litterateurs, even average persons. The attitude of scientists to face facts but not against people are worth learning for all the people in modern society.

Paul Ewald；X-ray crystallography；Max Born

2016-01-11；

2016-02-17

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(11375050)資助

厚宇德(1963—)，黑龍江明水人，科學(xué)技術(shù)史博士，河北大學(xué)科學(xué)技術(shù)史教授、博導(dǎo)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)史學(xué)會(huì)理事、中國(guó)工程史學(xué)會(huì)理事，主要研究方向?yàn)槲锢韺W(xué)史與物理文化.

《對(duì)玻恩及其學(xué)派的系列研究》

O4-09

A

1000- 0712(2016)06- 0062- 04