1951年3月28日，阿诺尔德·索末菲（Arnold Sommerfeld）正在德国慕尼黑的住所附近散步时，被一辆汽车撞倒。正是因为这场不幸的意外，让物理学界痛失了一位伟大的导师。 索末菲并不被大众所熟悉，但他的学生却足可铺成一条20世纪物理学的星光大道： ○ 索末菲的部分学生。 最伟大的教师 1865年12月5日，索末菲出生于科尼斯堡——曾经的东普鲁士的一座城市，如今是俄罗斯的加里宁格勒。这里也是数学家哥德巴赫和希尔伯特、哲学家康德、作家霍夫曼的出生地。 1891年，从哥尼斯堡大学获得博士学位后，索末菲来到当时德国的数学圣地哥廷根大学，在那里，他最终成为数学家克莱因的助理，教授数学和理论物理课程。 在亚琛工业大学工作数年之后，1906年，索末菲接替玻尔兹曼成为慕尼黑大学理论物理研究所的所长和理论物理学教授，在这里，他建立了一所享誉世界的理论物理学院。 索末菲比普朗克（1858-1947）年轻十岁，比爱因斯坦（1879 - 1955）年长十岁多一点，他是辉煌一代的德国物理学家的一份子，他们经历了第一次世界大战的战败、德意志帝国的倒塌、魏玛共和国的诞生、希特勒掌权执政以及第二次世界大战，然而，尽管身处动荡不安的时代，他们却为量子物理学的诞生、发展与整合做出了决定性的贡献。 揭示氢原子的秘密 索末菲对数学衍射理论做出了重大贡献。1912年，他建议自己的学生埃瓦尔德（Paul Peter Ewald）在博士研究中探索在原子晶格中，波长处于光学区域的电磁波的行为。根据维恩（Wien）和索末菲的一些理论来看，X射线的波长可能大约为10-11米，并且他们认为X射线属于电磁波。当时，正在索末菲研究所进行博士后研究的劳厄（Max von Laue）在与索末菲的讨论中萌生了一个想法：当穿过晶体时，X射线应会产生衍射图样。后来，索末菲的助手弗里德利希（Friedrich）以及学生尼平（Knipping）进行了这项实验。在1912年的6月8日，索末菲向慕尼黑科学院展示了X射线的波属性。 然而，索末菲最重要的遗产是众所周知的索末菲原子模型。1915年，索末菲发展了玻尔的原子模型（发表于两年前）。虽然玻尔的模型适用于氢原子，也就是只有一个电子的原子，但它无法解释拥有多个电子的原子的行为。 为了解决这个问题，在玻尔模型的圆形轨道之外，索末菲考虑了椭圆轨道，以及一些原子中的电子以相对论速度运动这一事实。索末菲的原子模型是玻尔原子模型的推广，它结合了经典物理学和普朗克量子理论的概念，是“旧量子理论”最重要的结果之一。 ○ 索末菲原子模型中的椭圆轨道。| 图片来源：Pieter Kuiper 索末菲最引人注目的成就之一，是在狭义相对论的框架内对类氢原子的研究，这为氢原子的精细结构提供了理论解释。 1916年，索末菲引入精细结构常数（α=1/137），作为根据玻尔模型来预测原子的谱线偏离的相对论度量。但是，多年以来，精细结构常数被用来在量子电动力学（QED）中描述带电基本粒子之间的电磁相互作用力。 直到1920年左右，由于薛定谔、玻恩等当时已经很著名的物理学家以及狄拉克、德布罗意、泡利、海森堡等年轻物理学家的贡献，量子力学的时代开始到来，然而在此之前，索末菲的原子模型（或称玻尔-索末菲模型）一直是确凿有效的。薛定谔的波动方程以及玻恩对波函数的概率诠释标志着玻尔-索末菲原子模型的最终消亡，尽管它成功地描述了氢原子的光谱。 无冕之王 索末菲在科学上做出了重要的贡献，但他从未荣获诺贝尔奖，尽管他的一系列重大成就充分证明他完全有理由荣膺诺贝尔物理学奖。然而，他创造了一些与这一奖项相关的记录，这些记录恐怕很难被打破：
索末菲有21名博士生在自己的专业领域内做出了重要贡献，3名博士后研究生获得了诺贝尔奖——鲍林（Linus Pauling）、拉比（Isidor Rabi）和劳厄，还有另外3人在各自的研究领域非常著名，这些事实都有助于解释为什么玻恩曾说，索末菲的技能包括“天赋的发掘”，以及为什么爱因斯坦曾对索末菲说： “我特别佩服你的是，你一跺脚，就有一大批才华横溢的青年理论物理学家从地里冒出来。” 埃克特（Michael Eckert）在他的传记《阿诺德·索末菲：科学、生活与动荡年代1868-1951》（Arnold Sommerfeld: Science, Life and Turbulent Times 1868-1951）中恰当地总结道： “普朗克是权威，爱因斯坦是天才，索末菲是老师。” 毫无疑问，索末菲可谓是大师之师。 1949年，也就是索末菲去世前两年，他被授予奥斯特奖章（以电流会产生磁场的发现者，汉斯·奥斯特的名字命名），以表彰他在物理教学领域的杰出贡献。同年，在《美国物理学期刊》(American Journal of Physics）上发表的一篇文章中，索末菲承认，对自己教学活动的这次认可是他整个科学生涯中最快乐的事情之一。 更多的认可来自索末菲的学生，他们出版了《现代物理学的问题》一书来祝贺老师的60岁生日，以1938年十二月的《物理学评论》作为他70岁生日的献礼，海森堡将十五个演讲整理为《宇宙辐射》一书来纪念老师的75岁生日。 1951年4月26日，索末菲因意外去世。在他永远离开这个世界的第二天，他的儿子恩斯特（Ernst Sommerfeld）写道： “我们相信，他没有因为与心爱的物理学、家人和朋友分离而感到悲伤。” 今天，是索末菲的150岁生日，让我们共同缅怀这位物理学史上最令人崇敬的导师。 编译：乌鸦少年 参考来源： |
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