乌伦贝克没有获得诺贝尔物理学奖

17　乌伦贝克没有获得诺贝尔物理学奖

乔治·乌伦贝克（1900—1988），荷兰裔美国物理学家。

1925年与高斯密特合作，发现电子自旋这一重要概念。

克拉默斯（左）和高斯密特（右）的合影

差一点改学历史了

在读四年级的时候，乌伦贝克唯一的苦恼是想自己挣钱养活自己。他接受了一项工作：在莱顿高中教数学，每星期10个小时的课。他倒不担心教，但担心无法维持课堂秩序，而且还为这项工作浪费了太多时间而痛惜。他从父亲那儿没有得到什么同情，父亲曾经希望乌伦贝克继承自己的事业，从事商务活动，但是乌伦贝克坚持要上大学拿到博士学位。父亲曾向乌伦贝克指出，即使得到了博士学位，最多也不过是在荷兰某个城市的高中或预科学校当个老师。

所以当儿子大学毕业以后为找事做而烦恼的时候，他的父亲说：

“这是你自找的，乔治！”

1922年春天，有一次他的导师埃伦菲斯特在班上问，有没有人对在罗马担任为期两年的家庭教师感兴趣。乌伦贝克立即举手表示愿意去。这样，他在罗马的生活开始了，而这几年也改变了他的生活历程。

到意大利以后，他开始聚精会神地研究历史，并且常常参加罗马的历史研究会活动，甚至还写出他的第一篇论文，内容是哲学家赫克尤斯的简单传记。赫克尤斯是罗马林赛学院的奠基人之一。

乌伦贝克直到1925年6月还没确定自己终生应该从事的职业。但是埃伦菲斯特一直相信他的这个学生在物理学方面可以获得成就。后来，乌伦贝克的叔叔提醒他说：

“如果真的想研究历史，最好先学习拉丁文和希腊文，并以结束物理学的研究为前提。因为你在物理学上还没有亲自做过任何一项工作。”

叔叔的提醒，加上埃伦菲斯特的劝告和鼓励，再加上听说要学习他最害怕的拉丁文和希腊文，乌伦贝克才答应首先安下心来学完物理课程。

年轻人干一点蠢事也没有关系

乌伦贝克回到荷兰莱顿大学以后，埃伦菲斯特建议乌伦贝克向比他小两岁的萨缪尔·高斯密特学习现代物理。于是乌伦贝克每周两天到莱顿大学跟埃伦菲斯特学波动方程，其余几天就到海牙与高斯密特讨论原子理论最近的发展情况。

高斯密特是一个有非凡独立工作能力的学生，1921年当他还是大学一年级的学生时，就提出了一个原子光谱分裂的公式，二年级时写了几篇关于复杂光谱和矢量模型的文章。但是，对他不喜欢的课程，例如经典力学，却常常考不及格。而乌伦贝克则是一个非常谨慎的学生，从来不做什么越格的事情，什么功课都考得很好。

高斯密特向乌伦贝克介绍了朗德、海森伯、泡利及他自己所做的工作，其中包括泡利提出的每个电子的第四个量子数（量子数——决定电子性质的物理量）。由于这第四个量子数与玻尔原子模型毫无关联，于是乌伦贝克产生一种强烈的愿望，想利用玻尔的模型解释这第四个量子数。乌伦贝克想，既然原来的三个量子数分别对应电子的一个自由度，那么第四个量子数也应该对应电子的另一个自由度，这就是说电子除了绕原子核旋转以外，还应该绕自身的轴自旋，就像地球既绕太阳公转又绕地轴自转一样！

乌伦贝克把他的这一想法告诉高斯密特，由于高斯密特的学习不遵守循序渐进的规则，居然还不清楚“自由度”是什么，这让乌伦贝克大吃一惊。乌伦贝克只好先向他解释自由度的定义和应用。当高斯密特弄懂了自由度以后，立即把乌伦贝克的设想做了一番数学的推论，哪知推论的结果竟与玻尔理论十分适合！这一下两个年轻人可兴奋起来了：说不定他们获得了某种重大发现呢！

荷兰物理学大师埃伦菲斯特

但是他们也担心，这么多权威尤其是泡利，从来没有提到过电子的自旋，所以也说不定他们自己是在想入非非，到头来落人嘲笑。幸好他们的老师埃伦菲斯特对他们的想法十分感兴趣，但也没有十足的把握，就把这件事写信告诉了已经退休的洛伦兹教授。洛伦兹对这两位年轻人的想法也表现出兴趣，但经过计算，他向他们指出了一些困难，如果电子自旋，那电子表面的速度将是光速的十倍！仅这一点就已经足够说明电子自旋的想法完全不符合经典的电子动力学。因为洛仑兹是经典物理学大师，他是按照经典电子动力学来计算的。

乌伦贝克胆小，很快丧失了信心，也没打算发表他们的文章。但出乎他意料的是，埃伦菲斯特竟然已经把他们写的文章投寄出去了。面对惊讶的学生，老师平静地安慰他们：

“你们两个还非常年轻，干一点蠢事也没有什么关系！”

后来在不少物理学家的努力下，电子自旋这个概念终于被大家接受了，而且作为基本粒子的基本特征，自旋已成为物理学里一个极其重要的概念。乌伦贝克和高斯密特因此也成了很有名气的物理学家。

塞格雷曾评论说：

“遗憾的是，他们并没有因此得到完全应得到的诺贝尔奖。”

“我们没有得过诺贝尔奖”

在乌伦贝克和高斯密特提出自旋这个重要想法之前，也有人提出过同样的想法，如德国物理学家海森伯在21岁那年就提出过，但遭到玻尔的强烈反对；后来荷兰物理学家克罗尼格也提出过电子自旋的想法，但是被泡利坚决地否定了。

幸运的是乌仑贝克和高斯密特提出同样的想法以后，没有被他们的老师埃伦菲斯特坚决否定。他们能够对物理学作出重大贡献，显然得益于埃伦菲斯特开阔的思路。

但奇怪的是乌仑贝克和高斯密特并没有因此得到诺贝尔奖，不少物理学家为此感到不平。更奇怪的是不知什么原因，很多人以为他们两人得到了这份殊荣。1976年高斯密特和乌伦贝克参加美国物理学会的春季会议，这个会议主要是纪念电子自旋发现50周年。当有人介绍他们是诺贝尔奖得主时，乌伦贝克幽默地说：

“我们没有得过诺贝尔奖，原因是人们都以为我们已经得过了。”

我在1987年写了一本《杰出物理学家的失误》，书中有一节专门讲到乌伦贝克和高斯密特发现电子自旋的故事。我在书中特别说明他们两人没有得到诺贝尔物理学奖，有一位书评人在《博览群书》上发表文章评论，说我这本书写得很好的时候，我很感激；但是他在评论中却说这两位是诺贝尔奖获得者，让我丈二和尚摸不着头脑。

可能这位书评人没有仔细看过我的书。