索末菲：当幼儿园园长是什么体验，我说的是诺奖幼儿园

1927年10月，布鲁塞尔，第五届索尔维会议。29个人坐在一起拍了一张合影。这张照片后来被称为人类历史上智商密度最高的一张照片，里面有17位诺贝尔奖得主，或者说未来的诺贝尔奖得主。

如果你有耐心逐个辨认，会发现一件诡异的事情：这个人是他的学生，那个人也是他的学生，旁边那个还是他学生的学生……可顺着这条线摸过去，可顺着这条线摸到底，你找不到那个“他”。

▲第五届索尔维会议彩色复原版，索末菲三位学生分别是德拜（中排左一）、泡利（后排右四）以及海森堡（后排右三）（rare historical photos）

他叫阿诺德·索末菲（Arnold Sommerfeld），照片里的诺奖得主中，有三位都是他的亲传弟子，但他自己却不在这张照片里面。放眼整个物理学史，他直接培养出的诺奖得主多达七位，堪称诺奖幼儿园园长。

招生

我们常说：千里马常有而伯乐不常有，而一个伯乐的核心技能也得是相马。因此当一个诺奖幼儿园的园长，第一项核心技能不是教学，是选苗子。

1906年，38岁的索末菲接到来自慕尼黑工业大学理论物理教职的邀请。虽然他已经在亚琛如鱼得水，但彼时的他还是更向往物理学，因此在离开原单位时他对同事说：实际上我不适合当工程教授，我是一名物理学家。

不过在当时这并非好差事。一方面理论物理在20世纪初的德国学术界地位非常微妙，一直被实验物理学家贬为纸上谈兵；另一方面，慕尼黑大学给他的办公条件也比较寒酸：只有一间办公室，以及在即将扩建的大楼项目中预留的房间。不过理论物理，缺的从来可不是设备，而是人。

▲20世纪初的慕尼黑大学

索末菲的选人办法与后来的苏联天才朗道有些类似：只有能扛住最难问题的人，才配做我的学生。在第一节课，他就会抛出最难的问题，为的就是找出自己想要的学生。

1908年，一个希腊学生德米特里奥斯·洪德洛斯（demetrios hondros）原本只是来旁听，结果被索末菲的问题钉在座位上。课后他去找索末菲，说想跟着他做博士。索末菲给了他一个“可能过分复杂的题目”：弯管处的波发射，一个用来解释马可尼天线原理的问题。洪德洛斯没完全解决它，但毕业论文里提出了两种沿导线传播的电磁波。后来这些东西成了光纤通讯的理论基础。

1920年秋天，一个19岁的男孩走进了他的课堂。这个男孩叫维尔纳·海森堡（Werner Karl Heisenberg），刚刚以极其优异的成绩从中学毕业。他原本想进入慕尼黑大学学习数学，但是被数学教授林德曼（巧的是，这也是索末菲曾经的导师）拒绝了，只能转而投向索末菲的团队。索末菲一眼就认出了这块璞玉。不到几周，他就把海森堡拉进了自己的研讨班，那个班里面起步都是博士生，而海森堡甚至还没开始读本科课程。一个中学生，被扔进了博士生的狼群里。这或许就是索末菲的教育哲学：在水里面才能学会游泳。就是这个水可能有点深……

▲1927年的海森堡（MacTutor）

更早的例子是沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Ernst Pauli)。1918年，高中毕业仅两个月的泡利就已经发表了一篇关于相对论的论文。来到慕尼黑后，这个大一新生对广义相对论的精妙理解让索末菲极为惊讶，私下惊呼泡利的能力“超过德拜的好几倍”（大弟子德拜：？？？）。因此，索末菲做了一件匪夷所思的事，将本来要交给爱因斯坦的任务交给了泡利：去给《数学科学百科全书》撰写《相对论》词条，这让泡利不得不一边写博士论文一边写词条。最终，这篇长达237页的巨著在泡利21岁那年横空出世，爱因斯坦看后评论：“任何研究这部成熟且构思宏大的作品的人，可能都不会相信作者竟然是一个二十一岁的年轻人”。

▲1924年的泡利（CERN Document)

上课

苗子选好了，该怎么教呢？

索末菲的课堂有两套模式。一套是他自己的课程讲座，每周讲四次大课，每学期换一个主题，六个学期一轮。但真正让慕尼黑变得特殊的，是第二套模式：研讨会。这个研讨会一开始是索末菲亲自坐镇的，大家午后聚集在一家咖啡馆里，大理石桌子直接当黑板。因为名气太大，连爱因斯坦都忍不住感叹：“如果我在慕尼黑有时间，一定要去听你的课。”但由于讨论的内容太深、节奏太快，新招来的低年级学生根本听不懂，坐在下面瑟瑟发抖。于是，在1908年的冬天，物理学史上演了一幕有趣的“造反”。

▲慕尼黑物理学家们在1911年左右的霍夫花园咖啡馆（sommerfeld.userweb）

索末菲的大弟子、未来的诺奖得主彼得·德拜（Peter Debye）找到了索末菲，说想要搞一个入门级的研讨会，索末菲一听，觉得这是好事，立刻兴致勃勃地表示自己也要参加，但是德拜坚持拒绝：有教授在谁敢说蠢话呢？不过德拜还是让索末菲支持一些东西，后来他回忆道：“我们不要他，我们只想要他的雪茄”。索末菲最终笑着妥协了，让出了讲台，并且真的贡献了一包顶级的雪茄“来磨练学生们的思维”。

于是每周都有一个晚上，一群年轻人挤在122号教室里，烟雾缭绕中，一个人讲自己对某篇最新论文的理解，其他人负责拆台。讲到一半卡住了？没人替你解围。你会被问到下不来台，直到自己找到出路，或者冒一身汗，下周再来。此时的德拜则展现出了大师兄的做派，对每一个求助的新生保持着极大的耐心。索末菲虽然人不在122号教室，但他的学术传统却无处不在。

▲研讨会后，参与者会到慕尼黑一家啤酒馆

而在自己主持的高级研讨会上，索末菲最让学生放松的地方，是他从不假装自己全懂。当时的物理学正处在最混乱的年代。经典物理的大厦在量子现象面前摇摇欲坠，玻尔的原子模型漏洞百出，新的量子力学还没被发明出来。课堂上遇到答不上的问题，索末菲会坦率地说：这个我也不懂。但我们可以一起算算看。这种态度对学生们产生了奇怪的解放效应。海森堡后来回忆说，正是索末菲这种的坦诚，让他后来敢于在24岁时提出一套完全颠覆经典物理的矩阵力学，反正老师都会说“我不知道”，那学生凭什么不能试试一个疯狂的想法？

每到学期结束，索末菲还会把课堂搬到阿尔卑斯山上去。白天大家在雪道上飞驰，晚上很多学生可以完全放松的和教授讨论问题。当然，按照后来传记作者的调侃，最大的原因可能是索末菲自己实在太爱滑雪了。 但正是在这种看似随意的碰撞中，诞生了许多博士论文的原动力。索末菲的学生及助手文策尔（Gregor Wentzel）这样形容索末菲的教学风格：他能向学生传递一个感觉，那就是科学是一个有生命的事物，即便一个初学者也能成为这个组织有用的一部分。

▲1909年，索末菲在滑雪（sommerfeld.userweb）

1919年，索末菲把这种对话中撞出来的物理学固化成了文字，其名为：《原子结构与光谱线》。索末菲希望在这本书中“寻求一般系列光谱的规则”，因此这一书的前四版几乎是一年一版，版版加入最新发现。至少在第三版时，这本书就成为物理学家的“圣经”，而索末菲也顺理成章的成为了“量子教皇”。无数没法亲自去慕尼黑的人，就是通过这本砖头一样的书，被拽进了索末菲的课堂。从某种意义上来说，他的课程，就在每一本翻开这本书的人面前。

▲《原子结构与光谱线》（Atombau und Spektrallinien）1922年版（abebooks）

护航

在打完保龄球、喝完啤酒之后，这群被索末菲悉心照料的“幼崽”总要面临毕业。但慕尼黑诺奖幼儿园的毕业生，从来不用为前途发愁。随着量子理论的爆发，全德国的大学都在疯抢索末菲的学生。当时的一位亲历者回忆，索末菲的毕业生“就像刚出炉的烤面包一样，瞬间被抢空”。

这让其他大学的掌门人极其眼红。哥廷根大学的马克斯·玻恩（Max Born，也是个诺奖得主）极其眼馋才华横溢的海森堡，私下里试图挖墙脚。结果，这个在学术上敢于推翻一切的狂傲天才，面对择业却像个唯唯诺诺的小学生：这个我说了不算，这得由索末菲教授来决定！无可奈何的玻恩只好转头给索末菲写信求情，在信里酸溜溜地抱怨：“看来您是他自己选定的绝对监护人，如果我想把他拐到哥廷根，我只能来求您放人了。”

事实上，这位园长不仅负责教你，还在处处为你护航。海森堡理论天赋异禀，却是实验领域的 “门外汉”。博士答辩时，实验物理权威威廉・维恩（Wilhelm Wien，这其实还是索末菲的好友）按常规提问基础仪器原理，他竟张口结舌答不上来。维恩极为不满，明确反对授予其学位。索末菲据理力争，主张以学术创造力为核心评价标准，力证海森堡的天赋价值。最终在他的坚持下，海森堡以最低合格线惊险过关。

按理说，幼儿园总有毕业的一天。但索末菲这所幼儿园的毕业生们，似乎永远也“断不了奶”。

泡利是出了名的毒舌，被物理学界称为"上帝之鞭"。他批评同行毫不留情，最刻薄的一句是对某人的论文说：“这甚至都没有达到错误的水平。”意思是连被批评都不够格。但在写给索末菲的信中，他的语气会变得恭敬且温柔。他始终称索末菲为“亲爱的教授先生”，从不以名字相称，哪怕他后来自己也成了大教授。海森堡在索末菲60岁生日时的贺信更能概括他们的精神状态：希望您还能长久地为像当年的泡利和我这样的“物理学孩子”继续维持这样一所培养之家。

▲泡利与索末菲（ETH library）

但这群一直“断不了奶”的学生，终究还是迎来了毕业典礼。1933年，随着纳粹的上台，这所满是天才与雪茄味的幼儿园事实上被迫解散。这一年冬天，海森堡获得了1932年诺贝尔奖。消息传到慕尼黑，索末菲的反应没有被记录下来。但我们可以想象那个场景：一位老教授看着报纸上自己学生的名字，嘴角也许有一丝微笑：那种混合着骄傲、欣慰，以及某种说不出口的滋味。因为索末菲当时也必然在候选名单上。

事实上，从1917年到1951年，索末菲一共被提名了84次诺贝尔物理学奖。 这是有史以来有据可查的最高纪录，至今无人打破。但这又不是“陪跑”，陪跑意味着你不够格，而索末菲完全够格。他的玻尔-索末菲原子模型，在量子力学诞生之前统治了整个原子物理学近十年；他引入的精细结构常数（α ≈ 1/137），至今仍是物理学中最神秘、最基本的常数之一；他对金属中电子行为的理论，更是开创了固体物理学的先河。这其中任何一项成就，单独拿出来都足以让一个普通物理学家进入诺奖的决赛圈。但索末菲偏偏活在一个群星璀璨的时代，而他的竞争对手，恰好是自己一手培养出来的那群怪物。

▲索末菲获得的所有提名，数据来源诺奖网站，图片为AI制作

统计数字是冰冷的，但也足够说明问题：他的直系学生中，走出了4位诺贝尔物理学奖得主：海森堡（1932）、德拜（1936）、泡利（1945）、贝特（1967）。如果加上他亲自指导的助手和博士后，这个数字会变成7位。他的首席助手马克斯·冯·劳厄（Max von Laue，1914），正是在索末菲的研究所里完成了拿诺奖的奠基性工作。而后来斩获诺贝尔奖的莱纳斯·鲍林（Linus Carl Pauling，1954）和伊西多·拉比（Isidor Isaac Rabi，1944），当年也都曾以进修生的身份，慕名跑到慕尼黑的接受他的指导。

聚光灯一束一束地打向舞台中央，而园长一直在舞台下看着自己孩子们加冕。直到多年以后，学界才以另一种方式完成了对他的加冕。1948年，索末菲80岁大寿之际，美国物理教师协会破例将最高荣誉“奥斯特奖章”颁发给了这位没有诺奖的老人。《自然研究杂志》专门出了一期纪念专辑，序言里海森堡如此写到：“他教出一整代理论物理学家，桃李满天下。今天弟子们想起导师，满怀敬爱之情。”

后记

这篇文章的题目问了一个问题：当诺奖幼儿园园长是什么体验？现在也许可以回答了。这种体验就是：

你花了一辈子的时间，手把手地教一群孩子认识整个宇宙，然后目送他们一个接一个地走上人类智慧的最高领奖台，在全世界的掌声中接过那枚金灿灿的奖章。而你自己，始终站在台下。你的手里没有奖章，但你的指纹，留在了每一枚奖章上面。

参考文献

① 海森堡 W. 原子物理学的发展和社会 [M]. 马名驹，张敏，译。北京：中国社会科学出版社，1985.

② 埃克特著，方在庆，何钧主译。阿诺尔德・索末菲传：原子物理学家和文化信使 [M]. 长沙：湖南科学技术出版社，2018.

③ ECKERT M. Establishing quantum physics in Munich: emergence of Arnold Sommerfeld’s quantum school[M]. Cham: Springer, 2020.