大家囧事: 海森堡差点挂掉的博士答辩

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维尔纳·海森堡 (Werner Heisenberg) 声名显赫，是索末菲的得意门生。然而这样一位天才物理学家却曾倒在实验物理上面，差点因此拿不到博士学位。这背后有着怎样的窘迫故事呢？

编译 士奇校正 尹璋琦

维尔纳·海森堡

1923年5月，维尔纳·海森堡从哥廷根返回慕尼黑。作为哥廷根大学的一名访问学生，他要在最后一个学期回到慕尼黑大学，赶出他的博士论文。导师阿诺·索末菲 (Arnold Sommerfeld) 深知海森堡在量子力学领域的工作颇具争议，因此建议他选择更传统的问题 -- 流体动力学，作为博士论文课题，免得引来麻烦，毕不了业。不过麻烦还是来了。

虽然海森堡对实验毫无兴趣，可是在最后一学期，他也不得不到威廉·维恩 (Willy Wien) 的实验室每周花上四个小时听他老人家的实验物理课。维恩坚持认为，无论多么伟大的物理学家，即使索末菲门下这些个天才的理论物理学家，也需要修好实验物理。索末菲和维恩同为海森堡的博士答辩考官，他们必须在打分问题上达成一致。

海森堡一边准备着论文，一边应付着维恩的实验课，举步维艰， 令维恩大为不满。1923年7月10日，他提交了一份充满了计算公式的长达59页的论文，题为“On the Stability and Turbulence of Liquid Currents”。课题源于索末菲早先和一家公司的合作项目，最终目的是为流经慕尼黑的伊萨尔河开渠挖道。海森堡的问题在于确定平滑的层流转变为涡流的精确过程。

这是一个极其困难的数学问题，海森堡只得到了一个近似解。索末菲曾经表示：“这问题确实太难了，除了海森堡，我不会让别的学生拿它作博士论文。”慕尼黑大学接受了这篇论文，维恩也将它发在了自己担任编辑的物理学期刊上。值得一提的是，数学家弗里茨·诺特 (Fritz Noether) 在1926年认为这个解法有问题。经过了二十多年，海森堡的这个工作最终被证明是正确的，不过这是后话。

阿诺·索末菲

既然论文被接受了，下一步就是答辩。麻烦自此出现。

答辩委员会成员除了索末菲和维恩外，还包括海森堡另两项辅修科目 (数学和天文学) 的教授。这可谓生死攸关的时刻，因为博士生是否能够毕业，只根据其论文和答辩表现来确定：各科目一个分数，总体表现一个分数。评分范围是I到V (相当于A到F)。

1923年7月23日，年仅21岁的海森堡站在了四位教授的面前。面对索末菲的问题和其他的数学问题，海森堡回答起来得心应手，毫无困难。等到天文学问题的时候，他开始拌蒜。最后到实验物理的时候，则更是一脸茫然。在实验课里，海森堡需要使用法布里－珀罗干涉仪来观察光波的干涉。虽然维恩就这个问题已经快讲烂了，然而海森堡依然不知道如何算出干涉仪的分辨率。令维恩惊讶的是，他甚至连其他常用设备的分辨率都不知道怎么算，比如望远镜和显微镜。当维恩气愤地问海森堡蓄电池如何工作的时候，他依然是一脸的困惑、不知所云……尽管海森堡在其他领域及其出色，维恩还是觉得他答辩不及格。

这一问题引发而来的是索末菲和维恩大吵一场，他们就理论和实验的重要性争论不休。结果海森堡勉强通过了答辩，不过他的物理学得分刚刚及格，而综合成绩也差不太多。这两者均来自索末菲的最高分和维恩的最低分的平均……

威廉·维恩

索末菲很震惊，得意弟子海森堡居然被一个鼓捣实验的物理教授给打击了！而早已习惯天才待遇的海森堡虽然说得到了博士学位，但实在难以接受这样一个勉强及格的成绩。索末菲当晚在家中专门为这个新晋博士办了个聚会，不过海森堡毫无心情享受。他收拾起背包，早早地离开，搭上深夜的列车，赶往哥廷根。

次日清晨，他出现在马克斯·玻恩 (Max Born) 的办公室里。玻恩此前已经聘用海森堡做他下学年的助教。结果经此一遭，海森堡专程跑过来，把答辩的糗事复述一遍，满脸窘迫地问：“我想知道您是否还收留我？”

马克斯·玻恩

玻恩并没有当即作答，而是先了解了令海森堡难堪的那些问题。玻恩进行了一番怎样的思想斗争我们不得而知，但他说服了自己，认为那些问题“确实棘手”，最终保留了海森堡的职位。这事甚至惊动了海森堡的父亲，他写信给哥廷根善于实验的物理学家詹姆斯·弗兰克 (James Franck)，请他帮忙为自己的孩子指点迷津。好心的弗兰克费尽心血，最终还是无能为力。对于物理实验，海森堡简直完全提不起兴趣，弗兰克只能放弃。

如果海森堡要在物理学领域继续混下去，那么他只能是个纯粹的理论物理学家。

这事并没有到此结束。几年之后，海森堡在推导“测不准原理”时据说也用到了显微镜的分辨率公式，并又一次陷入了困难！当尼尔斯·玻尔 (Niels Bohr) 指出其问题时，海森堡也再一次出现情绪波动。不过，这回带来的是一项积极的结果：海森堡的反应使玻尔开始专心研究这一课题，并最终发展成为量子力学的“哥本哈根诠释”。

尼尔斯·玻尔

维尔纳·海森堡

1901年12月5日出生，德国物理学家，量子力学的创始人之一，“哥本哈根学派”代表性人物。他对物理学的主要贡献是给出了量子力学的矩阵形式 (矩阵力学)，提出了“测不准原理” (又称“海森堡不确定性原理”) 和S矩阵理论等。他的《量子论的物理学基础》是量子力学领域的一部经典著作。1932年，海森堡因为“创立量子力学以及由此导致的氢的同素异形体的发现”而荣获诺贝尔物理学奖。

大师如海森堡，博士答辩都差点挂掉，平庸如你我，又有什么失败不能面对？ 亲，和大伙评论分享一下您研习中的难堪囧事？

参考资料

https://www.aps.org/publications/apsnews/199801/heisenberg.cfm

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