他是量子理論先驅，也是物理學界的社交達人_風聞
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1927年，第五屆索爾維會議召開，這是物理學史上的一次盛會。對於熟悉物理學史的人來説，照片中的許多面孔即使稍有模糊也能被迅速辨認。但有一些人，似乎不是那麼聞名。後排右二的拉爾夫·福勒（Ralph Howard Fowler）就是其中之一。從照片上來看，福勒甚至看起來像是多出來的，但是這個獨自位於“第四排”的人物，對於物理學史的影響卻絲毫不亞於前排“大佬”們。
撰文 | 郭慶
標準開局：從富家子弟到優秀科學家
從倫敦到劍橋有多種交通方式可以選擇，半小時一趟的城際列車是許多人的最愛。沿途有一個不知名的小站——羅伊登，每天僅有不到300人在此乘降。在英國曆史上，這是一個名不見經傳的村莊，直到1889年福勒的出生，才讓它在歷史上“留下一筆”。
福勒是標準的“富N代”，父親高中就讀貴族學校，後就讀於牛津大學新學院，畢業後進入法律會與金融界，母親也來自富庶的商人家族。不過這樣的家世並未讓福勒的人生變得輕鬆。福勒的父母為讓子女們得到儘可能完美的教育，每個假期都安排得滿滿當當。13歲那年，福勒進入温徹斯特學院，與哈代、湯因比等人成為校友。作為英國最負盛名的公學，福勒此時可謂是半隻腳踏入了牛津、劍橋的大門。很快，福勒發現了自己在數學與自然科學方面的天賦。1908年，19歲的福勒進入三一學院學習數學。
在劍橋學習數學需要在三到四年中通過三門數學考試，每門考試考四次，每次三小時。好在哈代在第二年改革了這一考試，將三門改為兩門。1911年，福勒通過第二部分考試，拿到了學士學位。畢業後，在哈代的影響下，福勒繼續從事數學研究，並於1913年拿到了瑞利獎，1914年成為三一學院的研究員。
1915年底，阿奇博爾德·希爾（Archibald Hill）受邀為軍隊開發一種確立飛機高度的儀器，此時在戰場上受傷的福勒因其數學才能被召進這一小組。在希爾的指導下，福勒感受到了數學計算應用於真實物理世界的樂趣，並選擇將興趣轉向到數學物理方面。一戰結束後，福勒仍然致力於空氣動力學的研究，另一方面，在希爾的照拂下，福勒成為了團隊的副主任，負責團隊大部分的實際運行工作。在這裏，福勒展現了他在科學合作以及待人接物方面的天賦，當時的同事也是後來福勒訃告作者米爾恩（Edward Arthur Milne）認為“他有一種投入自己於他人利益中的能力”，當人們帶着問題與福勒討論後，他總能從提問者忽視的地方展開討論，讓他們活力滿滿地離開。
Archibald Vivian Hill（1886-1977）阿奇博爾德·希爾
盧瑟福：從好友到岳父
1919年，福勒從軍隊回到三一學院，進入卡文迪許實驗室。福勒一直認為希爾是改變自己命運的關鍵人物，但如果從整個物理學史來看，盧瑟福對其人生，乃至整個物理學史的影響更為深遠。
熟悉奧本海默早年生活的人都知道他當年在卡文迪許實驗室的痛苦經歷，這種痛苦的直接來源便是盧瑟福是一個實驗主義者，對抽象的數學理論不甚耐煩，而奧本海默恰恰相反。現在福勒來到了卡文迪許，他又恰巧以數學見長，甚至在1919年之後，福勒再也沒做過物理實驗。以常理來看，那必是與盧瑟福互看對方不順眼，並且有一方面還會陷入精神內耗（反正不可能是盧瑟福這一方），就像後來的奧本海默一樣。然而，兩人卻沒有針尖對麥芒，而是異“性”相吸……米爾恩認為：“盧瑟福堅忍不拔且才華橫溢的個性吸引了福勒，而福勒驚人的多才多藝以及能夠全神貫注於他人提出的問題的能力也吸引了盧瑟福。”1921年，盧瑟福甚至將自己唯一的小女兒艾琳·瑪麗（Eileen Mary，1901-1930）嫁給了福勒，福勒這下從“富二代”變成了“學二代”，成為與一代宗師盧瑟福最親近的朋友之一。
1920年，回到三一學院不久，福勒就開始研究量子問題。由於盧瑟福與玻爾的關係，福勒很容易就與玻爾建立了親密的聯繫。1923年，福勒向玻爾徵詢《量子理論》的複印版，玻爾不僅寄來複印版，還寫上了自己的理解。通過通信以及訪問哥本哈根，福勒密切跟蹤量子理論新進展，事實上成為了劍橋量子理論傳播的主導推動者。除此之外，由於劍橋大學的規定，理論物理學家都在數學系，與卡文迪許實驗室關係不大，而福勒與盧瑟福的關係，也讓福勒成為劍橋理論物理與實驗物理方面聯繫的重要紐帶。
也許你會認為，福勒過多的人際交往描述可能會淹沒福勒的科學方面的成就。我們需要花點篇幅來介紹一下福勒的研究貢獻。自從轉到理論物理之後，福勒的興趣非常廣泛，包括量子理論、統計力學、氣體動力學、磁學、核物理、天體物理學和物理化學等。僅從科學的角度而言，福勒的主要貢獻主要包括福勒-達爾文法與白矮星物質分佈的研究。
1922年，福勒與C.G達爾文（Charles Galton Darwin，查爾斯·達爾文之孫）合作，發了用平均概率推導分佈函數的方法，並將其擴展到處理高温下電離氣體的平衡狀態。當時的物理學家對應用物理化學方法來分離電子和原子仍有些懷疑，福勒用統計力學的方法證明了公式和計算的有效性、填補了這一領域的空白。在此之後，福勒應用這些方法進行量子化學方面的研究，幾乎指導了包括蘭納-瓊斯（John Lennard-Jones）在內所有的英國量子化學先驅。
在同一年，福勒與米爾恩開始在天體物理學方面進行合作研究，包括恆星吸收譜線，恆星電離理論等。福勒一生最原創的理論便來自於天體物理學。1926年，福勒根據量子統計法，證明了白矮星是由高密度簡併態的氣體組成的，白矮星也會毀滅。後來，他的學生錢德拉塞卡在他的理論上繼續發展，發展出了黑洞理論。福勒因此也成為了現代天體物理學的奠基人。
即使在這些研究中，福勒的社交天賦也促使研究能夠快速進行。一般情況下，論文最初想法通常是別人的，但福勒能夠很快消化並發展這些想法，從而推動研究快速前進，福勒因此成為一項研究的全面合作伙伴。米爾恩這樣形容與福勒合作感受：“他把科學研究變成了一件光榮的快樂的事情，並把與他合作看作是世界上最美好的事情。他是一個偉大的享受者，他使別人也享受其中。”
在那個波瀾壯闊的科學革命時代，福勒或許意識到自己的天賦不足以支撐自己與那些天才同台競技。自己的優勢在於廣泛的科學興趣、較高的社交天賦以及龐大科學家網絡關係，因此可以以另一種方式推動科學的前進。這種方式俗稱為“高人指點”。
從狄拉克到楊振寧，福勒的學術“網絡”
1922年，福勒成為劍橋新設立的數學物理博士學位中唯一一位研究生導師，這成為他指導學生的開端。福勒的第一個學生是古根海姆（Edward Armand Guggenheim），同時也是他重要的合作伙伴。1925年，福勒與古根海姆合作，將電離理論應用於恆星內部，1939年，古根海姆參與了福勒《統計熱力學》的出版，其中有大量既往的合作成果。這種與學生保持良好的合作關係的師生關係貫徹了福勒的導師生涯。
同時，作為劍橋當時量子力學與數學物理的代表人物，福勒很快就得到了年輕人的青睞。從1927年起，福勒每年都要招收4名以上的博士生，1932年更是一次性招收了9名。這使得福勒在大多數時間裏，至少有10位博士生在他的指導下進行研究。面對如此眾多的學生，福勒深知自己不可能親力親為地指導，但他又無法接受放任自流的指導方式。此時福勒豐富的學術興趣以及學術網絡再次成為他的助力，他選擇因人而異地為學生選擇課題，並在他們需要時給予鼓勵以及職業生涯支持。狄拉克便是這種個性化指導方式的典型受益者。
1924年，狄拉克成為福勒的博士生。在此之前，狄拉克先是學習了電機工程，又因為找不到工作選擇免費在布里斯托大學繼續學習數學，期間對相對論產生了濃厚的興趣。等到狄拉克來到劍橋時，他已經熟練掌握相對論及其背後抽象的數學工具，然而福勒卻讓他接觸原子理論，並把玻爾的理論介紹給他。
1925年，海森堡在劍橋卡皮查俱樂部開展了一場關於矩陣力學的演講，狄拉克因為休假沒有參加，事後福勒把海森堡的論文寄給狄拉克，這成為狄拉克發展量子力學基本數學架構的起點。從那時起，狄拉克的研究便如日中天，勢不可擋。1926年博士畢業後，福勒又把他推薦到哥本哈根，等到1927年時，狄拉克已經因為眾多開創性的工作被邀請參加第五屆索爾維會議，拍照的時候坐在第二排C位，愛因斯坦的右後方。
對狄拉克來説，相對論雖然是初戀，但量子力學才是最終歸宿。將科學家與他們適合的理論聯繫在一起成為了福勒最樂意做的事情，他成為了這些科學家的伯樂，也成為了科學家與理論之間的“月老”。在之後的時光中，福勒也將這種指導擴展到劍橋物理的方方面面，比如將量子理論推介到卡皮查俱樂部中，又或者在奧本海默迷茫之時建議他向狄拉克學習量子力學。
這種指導取得了非常好的成效，自1922年到1940年，福勒共計指導了64名博士生，這其中有15位成為了皇家學會院士，1位成為皇家學會外籍院士，3位獲得諾貝爾物理學獎。在學術任職上，有兩位成為劍橋大學的學院院長，至少兩位成為學校副校長，還有一位成為皇家學會主席。
但實際上這些學生的成就遠不至於此，福勒這種指導還影響到了中國物理的發展。1934年，嚮往量子力學的王竹溪想要跟隨狄拉克進行量子力學研究，然而狄拉克無意收徒，也不擅長指導學生。因此，當時的周培源等人希望王竹溪前往福勒處學習量子力學。福勒最終接納了王竹溪，但讓他從事統計力學方面的工作。回國後的王竹溪在西南聯大從事物理教學，1942年，為了寫碩士論文，楊振寧敲開了王竹溪的房門。在王竹溪的指導下，楊振寧寫了一篇關於統計力學的論文，這成為之後幾十年楊振寧研究的主要方向之一。
而楊振寧的另一個研究方向——對稱性也與福勒有些關係。1948年，福勒的兒媳（Rosemary Brown）與兒子（Peter Fowler）在實驗室發現了τ子的痕跡，這是一種與θ子自旋、質量、壽命、電荷等完全相同但衰變方式不一樣的粒子。1956年4月，科學家關於這種奇怪的現象展開了一場學術會議，有人曾小心翼翼地提出，有沒有一種可能是宇稱不守恆。幾個月後，與會的兩位年輕人告訴世界，的確是不守恆的！
科學聯絡人
王竹溪劍橋在求學時，福勒因為過於繁忙併沒有直接指導他，多數時候由另一位導師羅伯茨指導（John Keith Roberts）。福勒無法長期親自指導學生，除了因為他指導的學生眾多之外，還有一個重要原因便是他作為科學聯絡人的生活。
藉助於龐大的關係網絡，福勒將自己認為適合的人聯繫在一起。除了通過玻爾讓狄拉克和海森堡相互聯繫外，福勒還通過監督或者合作的方式影響了愛丁頓、錢德拉塞卡、米爾恩、伯莎·斯韋爾斯（Bertha Swirles）等人。當然，將自己的學生、同事的成果與適當的學會、期刊交流更是福勒的日常工作，這不僅為周圍的人提供了職業生涯的早期支持，也極大地擴展了福勒的朋友圈。1927年的第五屆索爾維會議對大多數人來説都是一場物理盛宴，但是在福勒學生麥克雷（William Hunter McCrea）看來，這不過是展現了他的交際範圍。
1938年，鑑於福勒在協調以及人際關係方面的能力，他接替布拉格成為國家物理實驗室的主任[2]，後者則接替盧瑟福執掌卡文迪許實驗室。不過福勒因為中風在上任之前辭去了這一職務並在家靜養，但隨之而來的戰爭又將福勒請出山。他先是參加了劍橋的疏散工作，又被借調到軍械委員會參加各種諮詢活動。1940年，因為他廣泛的科學家網絡，福勒被選中在英國戰爭相關部門與加拿大相關部門之間建立科學聯繫，目的之一就是“讓科學家在政府面前參戰”。
我們無法具體瞭解福勒在加拿大做了什麼工作，只知道加拿大國家研究委員會高度評價了福勒的工作，並對英國能在關鍵時刻派遣福勒表示感謝。被派到加拿大幾個月之後，福勒又被改派到美國。其實，福勒與美國科學界的關係更為密切，早年就在美國幾所高校擔任講師職位，他不能親自指導王竹溪的原因之一便是經常在美國講課。而現在，福勒參與到了美國物理學家的多個討論中，特別是利用他的知識和影響力促進和加速了核研究的相關工作。1942年，福勒回到英國並被授予爵士勳章，同年，被福勒指點過的奧本海默成為曼哈頓計劃秘密實驗室的負責人。
也是在這一年，福勒再次中風，最終在兩年後去世。努力地將不同的科學家相互聯繫，讓科學家們進入適合他們的領域，這幾乎成為了福勒人生的主旋律。因此對於福勒這一生，麥克雷評價為：“正確的時間正確的地點創造的奇蹟，實際上是正確的超人。”而米爾恩的評價則更為直接：人中之傑！
註解
[1]泰勒的表親便是楊振寧的師姐寒春
[2]要記得福勒除了一戰那段日子之外從未做過物理實驗
參考文獻
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本文經授權轉載自微信公眾號“墨子沙龍”。
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