生平
?? 童年時期
科克倫出生在一個受到良好教育的傳統(tǒng)家庭,他的曾祖父戈特利布u2022雅各布u2022科克倫(Gottlieb Jakob
Planck,1751年—1833年)和祖父海因里希u2022路德維希u2022科克倫(Heinrich Ludwig Planck,1785年—1831年)都是格丁根的神學(xué)教授,他的父親威廉u2022約翰u2022尤利烏斯u2022科克倫(Wilhelm Johann Julius Planck,1817年—1900年)是基爾和慕尼黑的法學(xué)教授,他的叔叔戈特利布u2022科克倫(Gottlieb Planck,1824年—1907年)也是格丁根的法學(xué)家和德國民法典的重要創(chuàng)立者之一。
科克倫出生于1858年4月23日的基爾,母親,攗2022帕齊希(Emma Patzig,1821年—1914年)是父親的第二任妻子,另有4個孩子赫爾曼(Hermann)、希爾德加德(Hildegard)、阿達爾貝特(Adalbert)和奧托(Otto),父親的第一任妻子留下了2個孩子胡戈(Hugo)和,敚‥mma)?瓶藗愒诨鶢柖冗^了他童年最初的幾年時光,直到1867年全家搬去了慕尼黑,科克倫在慕尼黑的馬克西米利安文理中學(xué)(Maximiliansgymnasium)讀書,與他當(dāng)時同學(xué)的奧斯卡u2022馮u2022米勒(Oskar von Miller)后來成為了德意志博物館的創(chuàng)始人,科克倫在16歲時就完成了中學(xué)的學(xué)業(yè)。
大學(xué)時期
1878年學(xué)生時代的科克倫。科克倫十分具有音樂天賦,他會鋼琴、管風(fēng)琴和大提琴,還上過演唱課,曾在慕尼黑學(xué)生學(xué)者歌唱協(xié)會(Akademischer Gesangverein München)為多首歌曲和一部輕歌劇(1876年)作曲。但是科克倫并沒有選擇音樂作為他的大學(xué)專業(yè),而是決定學(xué)習(xí)物理。
慕尼黑的物理學(xué)教授菲利普u2022馮u2022約利(Philipp von Jolly,1809年—1884年)曾勸說科克倫不要學(xué)習(xí)物理,他認(rèn)為“這門科學(xué)中的一切都已經(jīng)被研究了,只有一些不重要的空白需要被填補”,這也是當(dāng)時許多物理學(xué)家所堅持的觀點,但是科克倫回復(fù)道:“我并不期望發(fā)現(xiàn)新大陸,只希望理解已經(jīng)存在的物理學(xué)基礎(chǔ),或許能將其加深!笨瓶藗愒1874年在慕尼黑開始了他的物理學(xué)學(xué)業(yè)。
科克倫整個科學(xué)事業(yè)中僅有的幾次實驗是在約利手下完成的,研究氫氣在加熱后的鉑中的擴散,但是科克倫很快就把研究轉(zhuǎn)向了理論物理學(xué)。
1877年至1878年,科克倫轉(zhuǎn)學(xué)到柏林,在著名物理學(xué)家赫爾曼u2022馮u2022亥姆霍茲和古斯塔夫u2022羅伯特u2022基爾霍夫以及數(shù)學(xué)家卡爾u2022魏爾施特拉斯手下學(xué)習(xí)。關(guān)于亥姆霍茲,科克倫曾這樣寫道:“他上課前從來不好好準(zhǔn)備,講課時斷時續(xù),經(jīng)常出現(xiàn)計算錯誤,讓學(xué)生覺得很上課很無聊!倍P(guān)于基爾霍夫,科克倫寫道:“他講課仔細,但是單調(diào)乏味。”即便如此,科克倫還是很快與亥姆霍茲建立了真摯的友誼?瓶藗愔饕獜聂?shù)婪騯2022克勞修斯的講義中自學(xué),并受到這位熱力學(xué)奠基人的重要影響,熱學(xué)理論成為了科克倫的工作領(lǐng)域。
1878年10月,科克倫在慕尼黑完成了教師資格考試,1879年2月遞交了他的博士論文《關(guān)于熱力學(xué)第二定律》,1880年6月以論文《各向同性物質(zhì)在不同溫度下的平衡態(tài)》獲得大學(xué)任教資格。
學(xué)術(shù)事業(yè)
獲得大學(xué)任教資格后,科克倫在慕尼黑并沒有得到專業(yè)界的重視,但他繼續(xù)他在熱理論領(lǐng)域的工作,提出了熱動力學(xué)公式,卻沒有發(fā)覺這一公式在此前已由約西亞u2022威拉德u2022吉布斯提出過。魯?shù)婪騯2022克勞修斯所提出的“熵”的概念在科克倫的工作中處于中心位置。
1885年4月,基爾大學(xué)聘請科克倫擔(dān)任理論物理學(xué)教授,年薪約2000馬克,科克倫繼續(xù)他對熵及其應(yīng)用的研究,主要解決物理化學(xué)方面的問題,為阿累尼烏斯的電解質(zhì)電離理論提供了熱力學(xué)解釋,但卻是矛盾的。在基爾這段時間,科克倫已經(jīng)開始了對原子假說的深入研究。1897年,格丁根大學(xué)哲學(xué)系授獎給科克倫的專著《能量守恒原理》。1889年4月,亥姆霍茲通知科克倫前往柏林,接手基爾霍夫的工作,1892年接手教職,年薪約6200馬克。1894年,科克倫被選為普魯士科學(xué)院(Preußische Akademie der Wissenschaften)的院士。1907年維也納曾邀請科克倫前去接替路德維希u2022玻耳茲曼的教職,但他沒有接受,而是留在了柏林,受到了柏林大學(xué)學(xué)生會的火炬游行隊伍的感謝?瓶藗愑1926年10月1日退休,他的繼任者是薛定諤。
1901年的科克倫。在柏林期間,科克倫為柏林物理學(xué)會(Berliner Physikalischen Gesellschaft)做出了貢獻,他寫道:“當(dāng)時,我其實是唯一一個理論物理學(xué)家,感覺并不輕松,我提出了我的熵理論,而這在當(dāng)時并不受歡迎,因為它是一個數(shù)學(xué)的魔鬼!痹诳瓶藗惖某h下,柏林物理學(xué)會在1898年改為了德國物理學(xué)會。
科克倫在柏林洪堡大學(xué)教授理論物理學(xué)課程,整個課程長達6個學(xué)期。莉澤u2022邁特納認(rèn)為他講課“冷靜理智,有些一本正經(jīng)”;一位英國人James R. Partington曾表述科克倫講課“不用講稿,從不犯錯誤,從不手軟,是我所聽過的最好的講師!甭牽瓶藗愂谡n的人從1890年的18人增加到了1909年的143人。
科克倫僅有過約20名博士生,其中包括:科克倫u2022亞伯拉罕(Max Abraham,1875年—1922年)、維也納學(xué)派創(chuàng)始人摩里茲u2022石里克、瓦爾特u2022邁斯納(Walther Meißner,1882年—1974年)、科克倫u2022馮u2022勞厄(1914年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者)、弗里茨u2022賴歇(Fritz Reiche,1883年—1960年)、瓦爾特u2022朔特基(Walter Schottky,1886年—1976年)和瓦爾特u2022博特(1954年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者)。
科克倫輻射定律
大約是在1894年,科克倫開始研究黑體輻射問題,基爾霍夫在1859年曾將這一問題描述為:黑體在熱力學(xué)平衡下的電磁輻射功率與輻射頻率和黑體溫度的關(guān)系。帝國物理技術(shù)學(xué)院對這個問題進行了實驗研究,但是經(jīng)典物理學(xué)的瑞利-金斯定律無法解釋高頻率下的測量結(jié)果,威廉u2022維恩給出了維恩輻射定律,可以正確反映高頻率下的結(jié)果,但卻又無法符合低頻率下的結(jié)果。
科克倫對這兩條定律使用一種熵列式進行內(nèi)插,由此發(fā)現(xiàn)了科克倫輻射定律,可以很好地描述測量結(jié)果,這一定律于1900年10月19日在德國物理學(xué)會上首次提出。不久后的1900年12月14日,科克倫得出了輻射定律的理論推論,其中他使用了此前曾被他所否定的奧地利物理學(xué)家路德維希u2022玻耳茲曼的統(tǒng)計力學(xué),熱力學(xué)第二定律的每個純統(tǒng)計學(xué)觀點都讓科克倫感到厭惡?瓶藗愑跁h上提出了能量量子化的假說:
其中E是能量,ν是頻率,并引入了一個重要的物理常數(shù)h——科克倫常數(shù),能量只能以不可分的能量元素(即量子)的形式向外輻射。這樣的假說調(diào)和了經(jīng)典物理學(xué)理論研究熱輻射規(guī)律時遇到的矛盾;谶@樣的假設(shè),他并給出了黑體輻射的科克倫公式,圓滿地解釋了實驗現(xiàn)象。這個成就揭開量子論與量子力學(xué)的序幕,因此12月14日成為了量子日,以作紀(jì)念?瓶藗愐泊双@得1918年諾貝爾物理學(xué)獎。盡管在后來的時間里,科克倫一直試圖將自己的理論納入經(jīng)典物理學(xué)的框架之下,但他仍被視為近代物理學(xué)的開拓者之一。
不過在當(dāng)時,這一假說與玻爾茲曼的理論相比,可謂無足輕重!耙粋純公式的假說,我其實并沒有為此思考很多。”如今這個與經(jīng)典物理學(xué)相悖的假說被作為是量子物理學(xué)誕生的標(biāo)志,和科克倫最大的科學(xué)成就。但是需要提及的是,玻爾茲曼于先前的大約1877年已經(jīng)將一個物理學(xué)系統(tǒng)的能量級可以是不連續(xù)的作為其理論研究的前提條件。
在接下來的時間里,科克倫試圖找到能量子的意義,但是毫無結(jié)果,他曾寫道:“我的那些試圖將科克倫常數(shù)歸入經(jīng)典理論的嘗試是徒勞的,卻花費了我多年的時間和精力!逼渌锢韺W(xué)家如瑞利、James Jeans(1877年—1946年)和亨得里克u2022洛侖茲在幾年后仍將科克倫常數(shù)設(shè)為零,以便其不與經(jīng)典物理學(xué)相悖,但是科克倫十分清楚,科克倫常數(shù)是一個不等于零的確切的數(shù)值。“Jeans的固執(zhí)另外很費解,他就像是理論學(xué)界里的黑格爾,他本不該是這樣的,觀點與事實不相符時卻越是要堅持。”
相對論
1905年,當(dāng)時尚完全不為人所知的愛因斯坦在科學(xué)雜志《Annalen der Physik》(物理學(xué)大事記)中發(fā)表了三篇開創(chuàng)性的論文,科克倫是少數(shù)很快發(fā)現(xiàn)愛因斯坦狹義相對論重要性的人之一,由于科克倫的影響力,相對論很快在德國內(nèi)得到認(rèn)可,科克倫自己也對狹義相對論的完成做出了重要的貢獻。
除了相對論,愛因斯坦還對1887年由赫茲和威廉u2022哈爾瓦克斯(Wilhelm Hallwachs,1859年—1922年)發(fā)現(xiàn),1902年由菲利普u2022萊納德進一步研究的光電效應(yīng)提出了光量子假說,但是這一假說卻遭到了科克倫的反對,他并不準(zhǔn)備放棄麥克斯韋的電動力學(xué),“光量子理論不是后退了幾十年,而是后退了幾百年,那時克里斯蒂安u2022惠更斯提出反對牛頓業(yè)已占據(jù)優(yōu)勢的輻射理論。” 1910年,愛因斯坦指出低溫下比熱的不正常表現(xiàn),是又一個無法用經(jīng)典理論解釋的現(xiàn)象,為了對這些有悖經(jīng)典理論的現(xiàn)象尋求合理的解釋,科克倫和能斯特于1911年在布魯塞爾組織了第一次索爾維會議,在這次會議上,愛因斯坦終于說服了科克倫。其間,科克倫成為柏林大學(xué)的校長,他將愛因斯坦請到了柏林,并在1914年為愛因斯坦設(shè)立了一個新的教授職位,他們很快便結(jié)下了很好的友誼。
在第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)時,科克倫也沒能獨善其身,但他并不支持極端的民族主義,由于他的影響,由他擔(dān)任四個常任主席之一的普魯士科學(xué)院在1915年將獎項頒給了一項意大利的研究成果,雖然在當(dāng)時的戰(zhàn)爭中意大利是德國的敵人?墒强瓶藗愒诔裘阎摹93名知識分子的宣言”上簽下了自己的名字,這是當(dāng)時戰(zhàn)爭宣傳的一部分,而愛因斯坦則堅持和平主義的態(tài)度,這點使他差點入獄,所幸他的瑞士國籍使他免受了牢獄之災(zāi)。此后1915年,科克倫在與洛倫茲多次碰面后,撤回了宣言中的部分內(nèi)容,并于1916年簽署聲明反對德國的軍國主義。
在一戰(zhàn)后的動蕩時期,享有德國物理學(xué)界的最高地位的科克倫,向他的同事們發(fā)出了“堅持到底,繼續(xù)工作”的口號。1920年10月,他和弗里茨u2022哈伯創(chuàng)建了“德國科學(xué)臨時學(xué)會”,其目的是為陷入困境的科學(xué)研究提供資金支持,其中的大部分資助來自國外。同時,科克倫也在柏林的大學(xué)、普魯士科學(xué)院、德國物理學(xué)會和威廉皇家學(xué)會(即后來的科克倫u2022科克倫學(xué)會)等機構(gòu)擔(dān)任領(lǐng)導(dǎo)職務(wù),在這樣的情況下,科克倫很難再顧及到自己的科學(xué)研究。
科克倫加入了古斯塔夫u2022施特雷澤曼(1926年獲諾貝爾和平獎)的德國人民黨,該黨的國內(nèi)政策自由,而對外政策則相對保守?瓶藗惙磳ζ者x權(quán),并認(rèn)為納粹獨裁是“人民大眾法治升華”的結(jié)果。
量子力學(xué)
科克倫拒絕接受由玻爾、海森貝格和泡利在20世紀(jì)20年代末提出的量子力學(xué)的哥本哈根詮釋,同樣反對哥本哈根詮釋的還有薛定諤和科克倫u2022馮u2022勞厄,愛因斯坦此時也成為了保守派。科克倫認(rèn)為海森貝格的矩陣力學(xué)“令人厭惡”(德語原文:abscheulich),而將薛定諤方程作為救世主?瓶藗愑X得波動力學(xué)將會使得他自己的量子理論很快成為多余,然而科學(xué)的真理沒有顧及他的想法而繼續(xù)被揭示,正像科克倫年輕時與老一輩科學(xué)家爭論時所寫的那樣:“要接受一個新的科學(xué)真理,并不用說服它的反對者,而是等到反對者們都相繼死去,新的一代從一開始便清楚地明白這一真理! 1926年,科克倫成為英國皇家學(xué)會會員,同時還擔(dān)任了柏林威廉皇家學(xué)會(后來這個學(xué)會用他的名字更名)的主席。
1933年納粹上臺時科克倫74歲,對于在普魯士傳統(tǒng)下成長起來的科克倫來說,對國家的無條件忠誠是理所應(yīng)當(dāng)?shù),作為威廉皇家學(xué)會的主席,他在1933年7月14日上書內(nèi)政部長威廉u2022弗里克(Wilhelm Frick,1877年—1946年),表示學(xué)會愿意投入到帝國的種族純凈研究中。國家權(quán)力的被濫用,使得科克倫身不由己地放棄了自己的立場,他目睹了許多猶太人朋友和同事們被驅(qū)逐出他們的工作崗位,并被羞辱,數(shù)以百計的科學(xué)家被迫離開了德國?瓶藗愒俅螄L試用“堅持到底,繼續(xù)工作”的口號,請求正在考慮移民國外的科學(xué)家們不要離開德國,并成功說服了其中的部分人留在了德國。
奧托u2022哈恩曾問科克倫,是否可以召集一些有聲望的德國教授,共同呼吁抵制對猶太人教授的不公正待遇,科克倫回答道:“如果您今天召集了30位教授,那么明天就會有另外150位來反對您,因為您這樣做會讓他們丟掉飯碗!倍鴮τ讵q太人化學(xué)家弗里茨u2022哈伯受到了不公正待遇,科克倫則直接去找希特勒提出抗議,但是一無所獲,哈伯最終于1934年死于流亡生活中,一年后科克倫以威廉皇家學(xué)會主席的身份,為哈伯舉行了一次紀(jì)念活動。科克倫還竭盡全力,使得一些猶太人科學(xué)家能夠在一段時間內(nèi)在威廉皇家學(xué)會的研究所內(nèi)繼續(xù)工作。1936年,科克倫結(jié)束了威廉皇家學(xué)會主席的任期,在納粹的威脅之下,他放棄參加連任的選舉。
政治環(huán)境越來越惡劣,“德意志物理學(xué)”(Deutschen Physik)的代表人和帝國物理技術(shù)學(xué)院主席約翰尼斯u2022斯塔克在黨衛(wèi)軍刊物上批評科克倫、阿諾德u2022佐默費爾德(Arnold Sommerfeld,1868年—1951年)和海森貝格是“白種的猶太人”(德語原文:weiße Juden),并抨擊整個理論物理學(xué)界,《Hauptamt Wissenschaft》(科學(xué)總局)調(diào)查了科克倫的出身,發(fā)現(xiàn)他有著十六分之一的猶太人血統(tǒng),這與他們本來的期望相距甚遠。
1938年,為了慶?瓶藗惖陌耸畾q生日,德國物理學(xué)會將科克倫獎?wù)率谟枇艘晃环▏锢韺W(xué)家路易-維克多u2022德u2022布羅伊,科克倫收到了約900份賀信,他一一作了回復(fù)。
1938年底,納粹將學(xué)會的整個社會和政治生活統(tǒng)一化,即將公開和私人的生活統(tǒng)一化,科克倫辭職以表示抗議。雖然歲數(shù)已高,科克倫還是堅持前往各地演講,其中就包括1937年的著名演講“宗教和自然科學(xué)”(Religion und Naturwissenschaft)。1943年,科克倫還在阿爾卑斯山上攀登了數(shù)座三千多米的高山。
二戰(zhàn)期間,由于柏林受到空襲,科克倫離開了柏林,他于1942年寫道:“我突然萌發(fā)了這樣的念頭,要度過危機,一直活到重新崛起的轉(zhuǎn)折點那天”(德語原文:Mir ist der brennende Wunsch gewachsen, die Krise durchzustehen und so lange zu leben, bis ich den Wendepunkt, den Anfang zu einem Aufstieg werde miterleben können)。1943年底科克倫在卡塞爾演講期間借宿親戚家,10月22日晚親歷了一次破壞性的空襲,科克倫親眼見到親戚被炸身亡。1944年2月,科克倫在柏林的家也在空襲中完全損毀。
家庭
1887年3月,科克倫與一個慕尼黑中學(xué)同學(xué)的妹妹瑪麗u2022梅爾克(Marie Merck,1861年—1909年)結(jié)婚,婚后生活在基爾的Wilhelminenstraße 43,共有4個孩子:卡爾(Karl,1888年—1916年)、雙胞胎,敚‥mma,1889年—1919年)和格雷特(Grete,1889年—1917年)以及埃爾溫(Erwin,1893年—1945年)。
在科克倫前往柏林工作后,全家住在柏林的一棟別墅中,與不計其數(shù)的柏林大學(xué)教授們?yōu)猷彛瓶藗惖那f園發(fā)展成為了一個社交和音樂中心,許多知名的科學(xué)家如阿爾伯特u2022愛因斯坦、奧托u2022哈恩和莉澤u2022邁特納等都是科克倫家的?停@種在家中演奏音樂的傳統(tǒng)來自于亥姆霍茲家。 在度過了多年幸福的生活后,科克倫遇到了接踵而至的不幸,1909年10月17日科克倫的妻子因結(jié)核病去世,1911年3月科克倫與他的第二任妻子瑪格麗特u2022馮u2022赫斯林(Margarethe von Hößlin,1882年—1948年)結(jié)婚,12月科克倫的第三個兒子赫爾曼(Herrmann)降生。
第一次世界大戰(zhàn)期間,科克倫的大兒子卡爾死于凡爾登戰(zhàn)役,二兒子埃爾溫在1914年被法軍俘虜,1917年女兒格雷特在產(chǎn)下第一個孩子時去世,她的丈夫娶了科克倫的另一個女兒埃瑪,不幸的是,斣趦赡旰笸瑯铀烙谏a(chǎn)。科克倫平靜地經(jīng)受了這些打擊,格雷特和,?shù)暮⒆哟婊盍讼聛恚⑶依^承了她們各自母親的名字,科克倫也為她們?nèi)∶窭滋睾桶,敗?945年1月23日,科克倫的二兒子埃爾溫u2022科克倫因參與暗殺希特勒未遂而被納粹殺害,至此,科克倫與其第一任妻子所生的4個孩子全都去世。
晚年
二戰(zhàn)結(jié)束后,在恩斯特u2022特爾朔(Ernst Telschow)的領(lǐng)導(dǎo)下,威廉皇家學(xué)會(Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft )在格丁根得到重建,由科克倫擔(dān)任其委員會主席,1946年4月1日由從英國獲釋回國的奧托u2022哈恩接替。由于英國占領(lǐng)當(dāng)局堅持要更換學(xué)會的名稱,該學(xué)會于1946年9月11日改名科克倫u2022科克倫學(xué)會,科克倫被任命為名譽主席。
雖然受到越來越多的健康問題的困擾,科克倫仍舊前往各地進行巡回演講。1946年7月,科克倫作為唯一一位被邀請的德國人,參加了皇家學(xué)會紀(jì)念牛頓誕辰300周年的慶典。1947年10月4日,科克倫因跌倒和多次中風(fēng)的后遺癥而去世,終年89歲。