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  • 埃倫費(fèi)斯特

    埃倫費(fèi)斯特

    埃倫費(fèi)斯特(Paul Ehrenfest,1880—1933)荷蘭物理學(xué)家。如果說,玻爾的對(duì)應(yīng)原理是在經(jīng)典物理學(xué)和量子力學(xué)之間架起的一座橋梁,那么,埃倫費(fèi)斯特的浸漸原理則是兩者之間的又一座橋梁。

    保羅·埃倫費(fèi)斯特

    (1880年1月18日-1933年9月25日),奧地利數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家,1922年取得荷蘭國籍。他的貢獻(xiàn)的領(lǐng)域主要是在統(tǒng)計(jì)力學(xué)及對(duì)其與量子力學(xué)的關(guān)系的研究上,還有相變理論及埃倫費(fèi)斯特理論。

    兒童及青年時(shí)代

    保羅埃倫費(fèi)斯特在維也納出生和長大,生長于一個(gè)源于摩拉維亞中一個(gè)小村莊的猶太家庭。他的父母,Sigmund Ehrenfest和Johanna Jellinek,擁有一間生意興隆的雜貨店。雖然埃倫費(fèi)斯特不是非常虔誠(religious),他仍然參加了希伯來語和猶太人歷史的課程。之后他總是強(qiáng)調(diào)自己的猶太根源(roots)。雖然埃倫費(fèi)斯特在初等學(xué)校的成績很好,他在奧格斯堡中學(xué)的成績并不理想。在他轉(zhuǎn)學(xué)到了法蘭茲約瑟夫中學(xué)后情況有所改觀,1899年他通過了學(xué)終測試。

    教育

    埃倫費(fèi)斯特在工業(yè)大學(xué)Technische Hochschule)主修化學(xué),不過同時(shí)他也在維也納大學(xué)上課,特別是跟隨玻爾茲曼學(xué)習(xí)他的熱力學(xué)中的分子運(yùn)動(dòng)論。這些課程產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響:他們激發(fā)了埃倫費(fèi)斯特對(duì)理論物理的興趣,勾畫了他未來幾年的研究領(lǐng)域,以及提供了啟發(fā)式教學(xué)(inspired teaching)的范例。當(dāng)時(shí)在德語世界的習(xí)慣是在多于一間大學(xué)學(xué)習(xí),1901年,埃倫費(fèi)斯特轉(zhuǎn)學(xué)到了格丁根——直到1933年仍是數(shù)學(xué)和理論物理研究的重要中心。在那里他遇到了他未來的妻子,一個(gè)出生在烏克蘭但在俄羅斯接受教育的年輕數(shù)學(xué)家。1903年的春天,在前往萊頓的一次短途旅行上他認(rèn)識(shí)了荷蘭著名物理學(xué)家洛倫茲。同時(shí),他準(zhǔn)備了一篇關(guān)于經(jīng)典力學(xué)題為《Die Bewegung starrer Körper in Flüssigkeiten und die Mechanik von Hertz》(英文:The motion of rigid bodies in fluids and the mechanics of Hertz)的論文。在他在1904年6月23日在維也納獲得了哲學(xué)博士學(xué)位。1904年至1905年他逗留在維也納。1904年9月21日與俄國數(shù)學(xué)家Tatyana Alexeyevna Afanasyeva結(jié)婚,婚后育有兩個(gè)女兒和兩個(gè)兒子。

    學(xué)院輾轉(zhuǎn)

    埃倫費(fèi)斯特一家于1906年9月返回格丁根。他們沒能再看見玻爾茲曼:9月6日他在意大利里雅斯特(Trieste)附近的杜伊諾(Duino)自殺了。埃倫費(fèi)斯特廣發(fā)訃告,敘述玻爾茲曼的造詣。

    克萊因,格丁根數(shù)學(xué)家的前輩以及《數(shù)學(xué)科學(xué)百科全書》(德文:Enzyklopädie der mathematischen Wissenschaften)的總編輯,原希望玻爾茲曼纂寫一個(gè)統(tǒng)計(jì)力學(xué)的回顧。現(xiàn)在他要求埃倫費(fèi)斯特,一個(gè)在出版物和研討會(huì)中知道年輕人去接手這個(gè)任務(wù)。埃倫費(fèi)斯特還有他的妻子用和好幾年才完成;這篇文章直到1911年才發(fā)表。這是一個(gè)對(duì)波爾茲曼和他的學(xué)校的回顧,還展示這間學(xué)校的所有風(fēng)格:對(duì)基本假設(shè)的敏銳邏輯分析,對(duì)未解決問題的清晰刻畫,以及用精確清晰的例子對(duì)普遍原理的解釋。

    埃倫費(fèi)斯特

    1907年埃倫費(fèi)斯特夫婦搬遷至圣彼得堡。埃倫費(fèi)斯特結(jié)識(shí)了一些好友,特別是約飛,縱然在科學(xué)上有些被孤立,不久之后還是有了在家的感覺,。此外,作為一個(gè)猶太裔的奧地利公民,他無望獲得一個(gè)永久職位。1912年初,埃倫費(fèi)斯特游歷幾間德語大學(xué),希望能獲得一個(gè)職位。他去柏林遇到了普朗克,在萊比錫他遇見了他的老朋友赫格洛茲,在慕尼黑他遇到了索末菲,然后是蘇黎世、維也納。在布拉格的時(shí)候他初次遇見了愛因斯坦,那時(shí)起他們成為了密友。愛因斯坦建議埃倫費(fèi)斯特繼承他在布拉格大學(xué)的位置不過那并不成功因?yàn)樗麤]有宗教信仰。索末菲給了他一個(gè)在慕尼黑的職位,不過埃倫費(fèi)斯特得到了一個(gè)更好的;當(dāng)時(shí)事情出現(xiàn)了意外的變化:洛倫茲辭去了他在萊頓大學(xué)的教授職位,并指定埃倫費(fèi)斯特為他的繼任者。

    萊頓大學(xué)的教授

    1912年8月埃倫費(fèi)斯特抵達(dá)萊頓,在9月4日他發(fā)表了就職演說《Zur Krise der Lichtaether-Hypothese》 (英語:About the crises of the light-ether hypothesis) 在萊頓他度過了余下的時(shí)間。 埃倫費(fèi)斯特使萊頓不變的地區(qū)物理文化出現(xiàn)了了重大變革。為了鼓勵(lì)物理學(xué)生間的互動(dòng)和交流,像他在格丁根遇到的那樣,他組織了一個(gè)討論組和一個(gè)互助會(huì)(fraternity)。他和當(dāng)時(shí)幾乎與國內(nèi)外所有頂尖物理學(xué)家保持密切聯(lián)系,他還邀請(qǐng)了他們當(dāng)中的許多訪問萊頓,并對(duì)他組織的著名研討會(huì)系列做了介紹。埃倫費(fèi)斯特是一個(gè)出色的討論者,他能很快地指出弱點(diǎn)和概括本質(zhì)。他邀請(qǐng)了許多有前途的外國年輕科學(xué)家去萊頓講授,同時(shí)他鼓勵(lì)他的學(xué)生留學(xué)海外。這樣,他創(chuàng)造了一間國際理論物理學(xué)校,他的幾乎所有學(xué)生以后都繼續(xù)了對(duì)他們各自的科學(xué)事業(yè)的追求。

    埃倫費(fèi)斯特和他的的學(xué)生,1924年,萊頓. 左起: 第開, 古茲密特, 汀柏根, 埃倫費(fèi)斯特, 克羅尼格, 和費(fèi)米。

    埃倫費(fèi)斯特在清晰的教學(xué)方面有很高的聲譽(yù)。在他的演講中她把焦點(diǎn)放在一些簡單的模型以及用于闡明潛在的假設(shè)的例子,同時(shí)嘗試避免數(shù)學(xué)上的繁瑣。他的班級(jí)不大,因此學(xué)生能和他有良好的互動(dòng)。他總是努力認(rèn)識(shí)每一個(gè)利用他的理論物理學(xué)會(huì)閱覽室的學(xué)生。盡管這些學(xué)生中有的已被公認(rèn)為是理論物理研究中舉足輕重的人,他仍然幾乎每天與他們展開長時(shí)間的討論。愛因斯坦曾說過:“他不僅僅是我所知道最好的教授,他還熱情地專注于人——特別是他的學(xué)生的發(fā)展和命運(yùn)。理解他人,獲得友誼與信任,幫助任何卷入內(nèi)部或外部斗爭的人,鼓勵(lì)青年才俊——這些都是他真實(shí)的品質(zhì),幾乎與他對(duì)科學(xué)問題的執(zhí)著一樣多。如果埃倫費(fèi)斯特覺得他還有什么可以教給學(xué)生,他會(huì)送他們?nèi)W洲的其他科學(xué)中心接受訓(xùn)練。他還鼓勵(lì)學(xué)生去外國就職。

    研究

    埃倫費(fèi)斯特的大多數(shù)科學(xué)論文都和基礎(chǔ)科學(xué)就有關(guān),而且只闡明個(gè)別論點(diǎn)。他的出版物因解決悖論并提出更清晰的描述而聞名。他通向科學(xué)的道路被最好地描述在1928年夏他寫給奧本海默的信中(此前奧本海默曾自愿在萊頓逗留過一段時(shí)間):“如果你準(zhǔn)備在下來的一年你在歐洲再次裝配一門數(shù)學(xué)的大炮,我會(huì)讓你別來萊頓,如果可能的話甚至別來荷蘭,只因?yàn)槲沂悄敲葱蕾p你而希望你能保持你的風(fēng)格。不過,相反地,若果你想要耐心、舒適與愉快的對(duì)相同的幾點(diǎn)的重復(fù)討論、和我及這里的年輕人一起談?wù)撘恍┗締栴}以及拋開出版的煩惱的話,我竭誠等待你的到來!” 表示特性地(Characteristically),他不喜歡海森堡和狄拉克的抽象的新量子理論。

    在1912年至1933年這段時(shí)期中埃倫費(fèi)斯特的最重要的成就是絕熱不變量。這是一個(gè)經(jīng)典力學(xué)中的概念,一方面可以用作精煉某些臨時(shí)(provisional)原子力學(xué)的方法,另一方面聯(lián)系了原子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)——即使埃倫費(fèi)斯特并不接受玻爾的想法。他在量子物理學(xué)包括相變理論和埃倫費(fèi)斯特理論做出了杰出貢獻(xiàn)。以他名字命名的關(guān)于相對(duì)性的一個(gè)明顯悖論至今人被討論。以他名字命名的還有埃倫費(fèi)斯特時(shí)間,一種量子動(dòng)力學(xué)和經(jīng)典動(dòng)力學(xué)在其中表現(xiàn)差異的時(shí)間。

    埃倫費(fèi)斯特還對(duì)發(fā)展經(jīng)濟(jì)學(xué)中的數(shù)學(xué)理論有興趣。這種興趣來源于他相信熱力學(xué)和經(jīng)濟(jì)過程之間存在類比關(guān)系。雖然這并沒有產(chǎn)生任何出版物,他卻鼓勵(lì)了他的學(xué)生延伯根繼續(xù)研究下去。延伯根的論文被同時(shí)提交到然后物理和經(jīng)濟(jì)學(xué),他再接再厲成為了一個(gè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家,并于1969年第一次獲得了諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)]。

    在萊頓的愛因斯坦和玻爾

    埃倫費(fèi)斯特和愛因斯坦和玻爾特別親密。玻爾在1919年第一次訪問萊頓后,關(guān)于克萊默的論文答辯給埃倫費(fèi)斯特的信中,他這樣寫道:“我坐在這里,想著你告訴我的一切,我感覺無論怎樣思考都會(huì)想到許多從你那學(xué)到的對(duì)我很重要的事情;同時(shí),我急切地向表達(dá)我對(duì)你的友誼的喜悅和對(duì)你展現(xiàn)給我的自信和同情心的感激,我找不到適合的詞去形容它。

    愛因斯坦在1920年接受了埃倫費(fèi)斯特的邀請(qǐng)成為了萊頓大學(xué)的特職教授。這個(gè)安排允許愛因斯坦每年訪問萊頓幾個(gè)星期。這段時(shí)間愛因斯坦會(huì)在埃倫費(fèi)斯特的家中度過。1923年愛因斯坦在那停留了個(gè)星期,因?yàn)榈聡鴺O端民族主義者對(duì)其發(fā)出了死亡威脅。在紀(jì)念洛倫茲博士頭銜(1925年9月)之際,埃倫費(fèi)斯特邀請(qǐng)了玻爾和愛因斯坦去萊頓,希望調(diào)解他們?cè)诹孔永碚撋系姆制。這些討論持續(xù)到了1927年的索爾維會(huì)議,會(huì)議上的大辯論中,埃倫費(fèi)斯特十分沮喪地站在了玻爾的一方。

    晚年

    從它1931年5月和密友的通信中可以看出,埃倫費(fèi)斯特當(dāng)時(shí)十分消沉。到了1932年8月,憂心忡忡的愛因斯坦寫了一封信給萊頓大學(xué)的董事會(huì),表達(dá)了深切的關(guān)心以及提出了一些令埃倫費(fèi)斯特減少工作量的方案。1933年9月25日,阿姆斯特丹,埃倫費(fèi)斯特輸?shù)袅撕途趩实膽?zhàn)爭。在安排好她的其他子女后,他射殺了他有唐氏綜合癥(Down’s synadrome)的小兒子Wassik,接著自殺了。

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