索尔维物理学会议的起源及其影响.doc

索尔维物理学会议的起源及其影响杨庆余（徐州师范大学物理系，江苏 徐州 221009）摘 要：介绍了索尔维物理学会议的起源及其影响。索尔维物理学会议是国际著名的科学会议之一，它是在德国著名物理化学家能斯特的促进下，由比利时工业化学家兼社会改革家恩斯特索尔维资助的，并于1911年在比利时首都布鲁塞尔举行了首次会议，这次会议对当时量子论的发展产生了积极的影响；从此，索尔维物理学会议作为国际科学会议的传统一直延续了下来。 关键词：索尔维，能斯特，索尔维物理学会议，量子论中图分类号： 文献标识码：A 文献编号：The Origin and Influence of the Solvey physics ConferenceYang qingyu (Department of physics，Xuzhou Normal University Xuzhou Jiangsu 221009)Abstract：The Solvay physics Conference is the one of international famous science conference。She was promote by WNernest，a famous phychemist in Germany，and was sponsored by Ernest Solvay，a industrial Chemist and social reformer in BelgiumIn 1911，first conference was opened at Brussels，the capital of Belgium，this conference produced the greatly influenced on the development of quantum theoryfrom then，Solvay physics Conference，considered as international science conference，has been continued till up to nowKeywords；Solvay，W。Nernest，Solvay physics Conference，quantum theory索尔维物理学会议是国际著名的科学会议之一，它由比利时工业化学家兼社会改革家恩斯特索尔维（Ernest Solvay）资助于1911年在布鲁塞尔举行了首次会议，索尔维物理学会议与历来的学术性会议不同，后者一般只公布已经获得一定成果的科学研究工作；而索尔维物理学会议却致力于讨论物理学发展中有待解决的关键性问题。每次都只由人数不多的、来自世界各国有关方面最杰出的专家就一个专题进行讨论；首届索尔维物理学会议是由于相对论和量子论的出现，引起了新概念同经典物理学理论的严重不协调的背景下召开的。从1911年召开第一次会议起，至今已举行过20多次，前17次是在布鲁塞尔举行，第18次会议在美国举行，从而打破固定在布鲁塞尔举行的传统习惯；这些会议对现代物理学的发展起到了推波助澜的巨大作用。1索尔维的生平比利时工业化学家兼社会改革家恩斯特索尔维，1838年4月16日诞生于雷别克-罗哥朗，他幼年时生活在家庭温暖而又使人奋发向上的气氛中，父亲从小就给他灌输至高无上的社会责任感和生活操守的准则，这对他产生了毕生的影响。年青时曾在马隆内作为寄宿生就学于弗雷尔学院，他博览过化学与物理学方面的书籍，甚至在校学习时，就把自己的宿舍变成了一个化学试验室，把他的许多假日都花在试验上。索尔维21岁时接受了舅舅的好意而进入工厂工作，这份工作有机会满足他进行化学试验的欲望。他开始做生产纯碱而进行氨处理试验，并于1861年4月15日公布了他的第一个专利：“关于利用海盐、氢和碳酸在工业上制造碳酸钠的技术问题。”1这是19世纪工业化学领域最重要的进展之一。靠家庭的资助索尔维在夏尔贝克建立了一个试验性的实验室，并迅速地获得了许多成果；这些成果为生产化学产品的比利时各公司提供制造纯碱的流程。1863年，索尔维在库耶创办了一个工厂并于1865年1月开始营运。由于他努力对技术方案的改进，使制氮流程情况大为改观，并显示出极强的生命力，到1867年日产量达到8吨，随后产量成倍增加。索尔维立即寻求将他的企业变成国际性企业的道路。1872年，他在法国的多姆巴斯勒地区建立了一个工厂，它后来成为世界上最重要的苏打生产厂之一。此后，在世界各地建立起持有索尔维公司的营业执照20多个股份制企业；索尔维的努力终于获得了非同寻常的成就，全世界都采用索尔维流程，从而使他变成了富豪。对索尔维来说，财富的追求并不是他的最终目的，他利用所拥有的财力和声望不断资助各种社会的及科学的规划机构，并给各种慈善事业和研究组织以巨额捐款。他一生始终保持艰苦朴素的传统，不奢侈也不注重荣誉。他具有许多科学兴趣，特别发挥他想象力的是论万有引力和物质的基本原理的建立一书中的“基本思考与理论推导”1，该书定性地讨论了惯性和万有引力之间的关系，并力求弄清自然现象背后的根本统一性。1922年5 *收稿日期：2002-08-05；修回日期：2003-03-15作者简介：杨庆余（1961），江苏省连云港市人，徐州师范大学物理系副教授，主要从事物理学史教学与研究工作基金项目：江苏省新世纪高等教育改革工程课题立项资助项目（00C407） 月26日，索尔维在布鲁塞尔逝世，他的生活和工作给后人留下了美好的回忆；他所倡导和资助的索尔维物理学和化学会议，为他在科学界奠定了永久的名声。 2能斯特运筹帷幄 1910年春天，索尔维在布鲁塞尔他的合作者戈德斯米特（BGoldschmidt）的住所会见了能斯特（WNernst）。能斯特曾是玻耳兹曼（LBoltzmann）的门徒和奥斯特瓦尔德（FOstuwald）的助手，当时是柏林大学的化学教授和物理化学研究所所长。能斯特是一位具有多方面才能的人，一位有才华的物理化学家，他很热衷于实际应用，对学生有着极强的影响力，而且是一位能干的组织者；1889年，能斯特创立了电解波的电位和电导理论；1906年提出了热力学第三定律。在1905年去柏林以前，他在格廷根已享有极高的学术声望和政治影响；后来因研究热化学，提出热力学第三定律的贡献而获1920年诺贝尔化学奖。在布鲁塞尔的戈德斯米特住所内，索尔维向能斯特讲了他的关于万有引力及物质结构的思想，想知道这些思想能否引起像普朗克（MPlanck）、洛伦兹（HMLorentz）、庞加莱（HPoincar）和爱因斯坦（AEinstein）这些伟大的物理学家的注意。索尔维也对相对论和量子论的出现在经典物理学中所引起的危机很感兴趣。虽然索尔维是大企业家，但他希望把自己的著作论万有引力和物质的基本原理的建立提交出来以引起欧洲第一流科学家们的兴趣，能斯特已看到了召开一次关于物质分子运动论和辐射量子论问题的最高水平国际会议的可能性，他向索尔维交流了自己的设想；这个设想立刻拨动了索尔维敏感的心弦，并得到他的即时响应，他委托能斯特进一步与普朗克、洛伦兹、爱因斯坦以及其他杰出的物理学家一起探讨这个问题；能斯特刚从布鲁塞尔回到柏林，就迅速着手使这个想法付诸实施2。早在1910年前，能斯特就曾和普朗克商讨召开一次会议的可能性，以便借助于新思想来修改物质和辐射的经典理论，但普朗克当时不知道时机是否已经成熟还是需要再等几年? 能斯特与索尔维在布鲁塞尔的会见却给举行这次会议以新的促进，他把普朗克当时的态度理解为充分支持的表示，并单独和洛伦兹、克努森（Crosen）联系，这样可以得到参加预定会议的人员的保证。同时他写信给索尔维提出了应当寄送出去的课题细节和邀请信的草稿。能斯特在产生了召集一次国际会议的念头之后，拟了一份简短的备忘录寄交给被他尊崇为这个领域的思想领袖普朗克，普朗克于1910年6月给能斯特回复了一封持认可的态度的信件。能斯特于1910年6月底或7月初再一次去布鲁塞尔向索尔维做了生动的汇报，他把物理学基本原理的革命性变化和召开一次国际会议的必要性，描绘得那么激动人心，以致索尔维立刻答应资助这个会议。1910年7月26日，能斯特把一份用德文写的邀请书草稿寄给了索尔维，索尔维签署以后就把这份邀请书寄发给了这个领域18位最主要的物理学家。这份草稿的内容如下：“我们现有的物质分子运动论所依据的那些基本原理，似乎正处在革命性的变革之中。一方面，这个理论的一贯发展，导致一个其有效性同一切实验发现相抵触的辐射公式，而到现在为止还没有任何人提出过异议；另一方面，从这理论导出的某些有关比热的公式（如气体比热对不同温度都保持不变，杜隆-珀替定律在到极低温度仍然适用）被大量测量数据彻底推翻。像普朗克和爱因斯坦所特别指出的那样，只要对电子和原子在其平衡位置附近的振动作某些限制（能量子理论），这些矛盾便立即消失；但这个概念离开所应用的那些运动方程是那么遥远，以致如果接受了它，就势必要对我们现有的种种基本观点来一番大的改造。”3能斯特在他给索尔维的附信中，提议会议在1911年复活节过后即刻召开，并提议以布鲁塞尔为会议地点；会议大概计划要开一个星期左右，并希望把演讲以及随后的讨论汇编成书出版；索尔维同意了这些建议，能斯特随即投入了实际的筹备工作。他原先打算提名瑞利勋爵（JRayleigh）当会议主席，而瑞利勋爵对量子概念持否定的态度，还因为像他自己所承认的那样，他是一个“不善外语的人”3，觉得这不是他的用武之地；后来指定洛伦兹担任这个职务，这是一个更好的选择。能斯特同普朗克和洛伦兹一起制定了议程，决定了相应的演讲人和负责讨论的人，最后于1911年6月 9日，正式向被委任的演讲人发出通知，其他与会者则在7月15日通知。能斯特提出一个要求，希望所有邀请书均由索尔维单独出面发出，不要提他自己的名字。可是，参加会议的人几乎没有一个不晓得能斯特的积极活动，他们都完全知道，他是这项事业背后的实际推动者。爱因斯坦于1911年6月20日写信给能斯特说：“我高兴地接受布鲁塞尔会议的邀请，我将乐于为指派给我的题目做好准备。我为整个这项事业感到欣喜万分，而且我完全相信，您是运筹帷幄的。”33被邀者积极响应洛伦兹是当时国际上理论物理学的权威，由于长于社交，善于辞令，具有幽默感，熟练地掌握多门外语，是一位和蔼可亲的人，因而被邀请担任会议的主席职务；从19111927年间连续五次担任索尔维物理学会议的主席；他在国际物理学界的各种集会上，经常是一位很受欢迎的主持人。索尔维接连收到众多热情洋溢的回信，1911年7月8日，洛伦兹从莱顿写信给索尔维谈到他自己的情况：“虽然我在给能斯特教授的复信已接受了在您倡议下，将在布鲁塞尔召开的这次科学会议的邀请，但是我仍要衷心地感谢您由于邀请我而给我的荣誉。同时请允许我告诉您，我十分欣赏您为科学的进步所做出的巨大努力，我完全同意您的计划。实际上，这次人数有限的物理学家，他们都认真地准备着计划中的重要议题，毫无疑义地会精确地阐明各种困难问题，并且提出解决它们的办法，如果能为您的计划的成功贡献微薄力量，我将感到莫大的荣幸。”1其它接受会议邀请的回信立刻纷纷到来，都显示出极高的热情，没有一个人谢绝参加会议。能斯特写信给索尔维说：“你会高兴地获悉，几乎所有接受会议邀请的人都热烈地欢迎召开这次会议。鲁本斯(HRubens)告诉我：他认为你友好的邀请真是太妙了；卢瑟福（ERutherford）宣称这个设想实在好；卡默林昂乃斯（Kamerlingh-Onnes）特别让我告诉你，他很欣赏由你关于这次会议的美妙的想法而导致的富于想象力的新方向；爱因斯坦对全部事情感到非常高兴。” 1庞加莱这样写道：“我对您已采取的主动行为很感兴趣，正是在这样一个如你所预计的有限人员参加的会议上，可以有益地交换每个人的还远不十分清楚的新思想。因此我十分高兴接受您的慷慨邀请”1。维恩（WWien）写道：“您已经发现了一条推动科学进步的全新途径；将在会议上处理的问题的确是极端困难的。在我看来，单靠一个人找到它们的解决办法似乎是不可能的。但是，当各国科学家在这样一个极好的讨论机会共同努力时，就会提供找到处理大数目分子问题的途径的极好机会。”1范德瓦尔斯（LVan Der Waals）表示，他对这次会议极感兴趣，但他拿不准自己的健康状况是否容许他参加会议。恰恰在开会之前，他决定他不能成行了。 图1为参加第一届索尔维物理学会议的名单：索尔维、索末非、M。布里渊、J。H。能斯特、洛仑兹、J。B。佩兰、卢瑟福、普朗克、霍斯特利特、庞加莱、居里夫人、赫尔津、卡默林昂乃斯、朗之万、哈泽内尔、H。鲁本斯、克努森、维恩、爱因斯坦、瓦尔堡、金斯、戈德史密特、林德曼、莫尔斯德布罗意佩兰（JBPerrin）对这次会议特别热情，他写信给能斯特说：“我认为能和我最为钦佩的学者交往是十分荣幸的，它有助于解决对现代物理学来说完全是最重要的问题。”1拉莫尔（PLarmor）也写信给能斯特说：“我必须承认，我一直在作我可能做的事，但是我找不到时间跟上该课题的最新进展，而你却在这方面积累了大量重要的实验数据。”1瑞利勋爵于1911年7月13日在回信中说：“我很愿意会见被邀请的各位先生。但是，由于我对其他国家的语言一窍不通，所以在这种场合是无用的。”1这次会议除了比利时国王接见外，还安排众多的其他活动，让科学家彼此熟悉和充分了解对方的工作。被邀的参加者都在复信中做出了热烈的反应，除去他们对这样一个会议主题的盼望已久，也不排除一些人因被接纳进这个经过选择的狭小与会者的圈子而产生的荣耀感。4与会者对量子论的态度量子论在诞生以后的五年里一直是普朗克的私人领地，从1905年开始，其他科学家们才在爱因斯坦带头下逐渐侵入这片领地。但所有这一切一直没有引起广大物理学界的注意，只到爱因斯坦于1909年9月21日在萨尔茨堡物理学家的一次会议上发表演讲的时候，量子问题才首次登上物理学的中心舞台。由于爱因斯坦对量子论的支持，量子论在1910和1911年间获得了许多新的支持者，成了物理学家和物理化学家们兴趣所在的前沿，这相当程度上要归之于能斯特的功劳；能够清楚地说明他所起的作用的是，他构想出了召开一次讨论量子问题的国际会议，由这个领域中的所有领袖人物参加，并且为此做了筹备工作。这次会议后来称为第一届索尔维会议，并像能斯特所企求和预想的那样，成为量子物理学发展史上一个重要的里程碑4。第一届索尔维物理学会议于1911年10月29日，在布鲁塞尔大都会饭店举行招待会，会议于10月30日开始，持续到11月3日。实际参加会议的18位被邀者当中，只有金斯（JHJeanes）和庞加莱两人对量子概念抱明显否定的态度，但会议的结果使庞加莱改变了自己的观点。瑞利勋爵对量子论尽管持否定态度，但因故未能参加，会上宣读了他写的一封短信。有5位与会者：卢瑟福、布里渊（ZBrillouin）、玛丽居里（MCurie）、佩兰和克努森持原先的中立立场（因为他们对这问题不熟悉）；其余11位科学家则都表现了基本上肯定的态度；如所能预料的那样，理论物理学家比诸实验物理学家观点远为明确。12位演讲人各自准备的演讲稿，每次演讲之后总要进行活跃而又内容广泛的讨论，爱因斯坦应邀作闭幕讲话，题目是比热问题的现状5，他对此作了极好的评论而且还利用这个机会表达了他对电磁辐射的量子理论的看法，他当时还对固体的量子理论的研究产生了巨大的影响；从当时精心编纂的会议录中，我们可以很好地了解到1911年底时的科学家们所具备的知识和见解状况。 5第一次索尔维会议的影响到了1911年，量子概念不再是少数人的观点，而变成了许多第一流科学家所公认的一个具有重要意义的事情。其后的一代物理学家从一开始就被引到这个问题上来；这次会议后，索末菲（ASommerfled）1911年11月26日在泽恩克（Sohncke）学术讨论会上就这次会议作了报告。卢瑟福在曼彻斯特做了一个报告，而朗之万（PLangevin）占用了两次会议，时间在巴黎向法兰西学院报道了这次索尔维会议上所提出的全部论文。索末菲和能斯特的学生和合作者们尤为如此，他们两人都在自己周围聚集了一大批年轻的助教，“他们在这个问题上付出了无数的光阴，而且有一些学生几乎是在竞赛，看谁先解开这个量子之谜”3。索尔维会议在量子论发展史上起了极其重要的作用，使众多的人对量子问题的重要性有了更加深刻的印象；普朗克于1911年12月8日写信给维恩说：“我当然希望，我们在布鲁塞尔度过的那些科学上起促进作用的日子，同样也是使您感到满意的，我们在那里聚会期间所获得的那些印象，给了我们许多思想食物，我们要在今后一个漫长的时间里去消化。”3这些印象后来被传给了他们的学生和同事。 这次会议的正式报告是1912年夏用法文发表的，1913年底出版了德译本。这份报告是一部关于量子问题的综合性手册。由于这次会议所讨论是极端重要的问题，而且与会的又是当时第一流的物理学家，因此会议报告的出版强烈地激发了众多的物理学家来深入研究量子问题，并为其进一步发展提供了有利条件。由于布鲁塞尔这次国际会议的召开，结果使量子概念从四面八方突破了德语世界的边境，而成为一个在法国和在英国一样使人感兴趣的论题。 法国当时每一所大学都为纯粹数学提供好多教授职位，而理论物理全国总共只有3个教授职位，物理学研究基本上局限在朗之万、布里渊和庞加莱的周围；在索尔维会议之前，量子概念的拥护者只有朗之万一人。在英国，金斯和瑞利勋爵从一开始就否弃普朗克对辐射公式的推导；JJ汤姆逊认为，他能根据经典物理学来解释原子的稳定性问题；而卢瑟福则由于经验论味道太浓而认识不到这个问题的重要性；尼耳斯玻尔（NBohr）说道：“那位老布拉格（WHBragg）是英国唯一对量子论感兴趣的人。”3会议以后，法国路易斯德布罗意（Lde Broglie ）“曾详尽无遗地研读了第一届索尔维会议阐述量子论的文献。”3他这样地描绘会议报告所给予他的巨大冲击：“我以青春的活力醉心于这些已被深入研究而又饶有兴味的问题，我立誓要不遗余力地去弄懂这些神秘量子的真正本性。”3索尔维会议使量子概念进入了英国，这对量子物理学的进一步发展具有极其重大的意义。英国天体物理学家尼科耳森（Nicholson）