厚望

摘要 理論物理大師玻恩不但有眾多弟子成為優(yōu)秀的物理學家，還有兩名弟子在生物學方面做出了重要貢獻，其中一人還曾獲得諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。玻恩培育這兩位學生的經(jīng)歷說明，偉大的導師，不僅要有一流的專業(yè)水準，還要具備洞察學生個性與優(yōu)缺點的本領(lǐng)，并有極強的責任心。玻恩研究視域?qū)拸V，從不作繭自縛、固步自封，艾爾薩色和德爾布呂克能夠突破專業(yè)限制，成功進入其他領(lǐng)域，并取得卓著成就，這與玻恩等前輩的影響有關(guān)，也是他們順應科學發(fā)展趨勢的碩果。

關(guān)鍵詞 沃爾特·艾爾薩色 理論生物學 馬克斯·德爾布呂克 分子生物學

馬克斯·玻恩（Max Born，1882—1970）在其教學生涯中，培養(yǎng)了一大批出色的科學人才，其中有洪德（Friedrich Hund，1896—1997）、約當（PascualJordan，1902—1980）、邁耶夫人（Maria Goeppert-Mayer，1906—1972）、奧本海默（Robert Oppenheimer，1904—1967）、彭桓武（1915—2007）等等著名物理學家。但可能未為很多人了解的是，玻恩指導培養(yǎng)的理論物理學博士中，有兩位在生物學領(lǐng)域做出了特殊貢獻，他們分別是艾爾薩色（Walter Elsasser，1904—1991）和德爾布呂克（Max Delbriick，1906—1981）。這是玻恩物理學派的一個特殊科學貢獻。劍橋大學丘吉爾學院檔案中心的玻恩檔案中，保存有玻恩1951年10月18日寫給艾爾薩色的一封短函，在這封短信中，玻恩也提到了德爾布呂克。該信函全文如下：

我親愛的艾爾薩色：

我很高興收到你的名為《量子力學在生命物質(zhì)中的應用》的文章。在我的學生中，你是第二個（另一個是德爾布呂克）進入這一領(lǐng)域的人。

我也剛巧了有了個想法，很大程度上與生物學有關(guān)，即為什么生命都需要極為大量的分子？我的論文一發(fā)表，將盡快寄給你。

我希望你在猶他大學（University of Utah）擁

有適合你的位置。我現(xiàn)在年齡正趨近職業(yè)生涯的極限，我不得不在大約兩年

后退休。

謹致問候

筆者遍覽玻恩的著述目錄并多方查找，均未見玻恩本函中提到的他在生物學方面的文章。因此玻恩后來很可能并沒有真的把他的這一想法寫成論文并予以發(fā)表。玻恩與他培養(yǎng)的這兩位在生物學領(lǐng)域有突出造詣的理論物理博士之間，有著一些并不廣為人知的故事。

一玻恩與艾爾薩色

1925年艾爾薩色來到哥廷根大學求學，他先是在玻恩的老搭檔、實驗物理學家弗蘭克（James Franck，1882—1964）指導下學習，根據(jù)艾爾薩色自己的回憶，后來玻恩主動找到了他，二人之間有過一次重要談話：“1926年夏天，玻恩對我說，很顯然我的興趣點更傾向于理論；所以他相信，我具有做理論研究的天賦。他問我是否愿意在他指導下做一篇論文而成為一位理論物理學家？……他愿意給我一個不太難的論文題目，答應會很快讓我博士畢業(yè)……玻恩遵守了他的承諾，他給了我一個不復雜的論文題目?！保╗1]，pp.67—68）為什么玻恩主動去“策反”老朋友弗蘭克的門下弟子？弗蘭克與玻恩在晚年的回憶可以幫助我們解開這個謎團。弗蘭克說他曾明確建議艾爾薩色放棄成為實驗物理學家的夢想：“去找玻恩，你是一個理論物理學家，而不是適合做實驗研究的人才?！盵2]玻恩晚年在回憶中對此是這樣說的：“艾爾薩色是學實驗的，但是他在這方面能力很差，連實驗方面簡單的事也做不好。這常使弗蘭克惱怒，并想把他轉(zhuǎn)給我?！盵2]由此可以想象，在弗蘭克向玻恩表示對于艾爾薩色的不滿之后，玻恩才主動去找艾爾薩色，委婉勸說他改學理論物理，于是才有了艾爾薩色所說的1926年玻恩與他的談話。

艾爾薩色是第一個清晰意識到可以通過電子在晶體中衍射來驗證其波動性的人，那時他才剛剛開始自己的博士學業(yè)[3]。1926年在英國牛津大學召開的一次學術(shù)會議上，玻恩充分肯定弟子艾爾薩色的這一貢獻：“關(guān)于電子按不同轉(zhuǎn)角的分布，理論可以給出一個普遍公式，它和經(jīng)典理論所期望的結(jié)果有明顯不同。這是艾爾薩色在普遍理論提出以前所首先提出的。他從德布羅意的概念出發(fā)即粒子的運動伴隨著波，而這些波的頻率和波長取決于離子的能量和動量。艾爾薩色算出慢電子的波長約為厘米，這正是原子直徑的大小。因此他得出結(jié)論：當電子與原子碰撞時，應當引起德布羅意波的衍射，就像光被微小粒子散射的情形一樣。因此，波強在不同方向上的漲落應當表示偏轉(zhuǎn)電子分布的不規(guī)則性。戴維孫和康斯曼的實驗證明了這個效應……”（[4]，p.12）不過艾爾薩色空有想法，因其實驗經(jīng)驗不足而未能將想法轉(zhuǎn)化為實驗事實。

在哥廷根大學，在玻恩指導下的學習期間，艾爾薩瑟深受玻恩影響。對此艾爾薩色終生難忘。在他的回憶錄中，清晰記載著玻恩當年與他的一些談話：“那段時間我記得有一次與玻恩對話，這次對話其后多年對我的思想一直有著極大的激勵，所以我還記得對話的細節(jié)。玻恩告訴我，我的數(shù)學能力并不出色，我的主要長處在于概念性的思考?！保╗1]，p.72）艾爾薩色一生興趣廣泛，思想活躍，基于概念思考多有奇思妙想，在多個領(lǐng)域都有所建樹。但他不象玻恩學派出來的約當、瑪利亞·哥波特（即邁耶夫人）等人那樣，效法玻恩以善用數(shù)學見長。玻恩對于艾爾薩色特點的概括，艾爾薩色本人認為非常準確，他基于對自己能力特點的認識，揚長避短。這與他后期的發(fā)展方向以及取得的成就密切先關(guān)。因此，作為艾爾薩色的導師，玻恩是極為稱職的。

在玻恩指導下，1927年艾爾薩色博士畢業(yè)。他曾到萊頓大學在艾倫費斯特（Paul Ehrenfest，1880—1933）手下做過一段時間研究工作。1928年他到蘇黎世泡利那里做博士后工作，1930年他先后在德國的柏林與法蘭克福等地工作。1933年艾爾薩色來到巴黎，與約里奧·居里（Fr6d6ric Joliot Curie，1900—1958）短時間開展合作研究。1936年艾爾薩色到美國加利福尼亞的技術(shù)研究所工作。1941—1942年艾爾薩色在哈佛大學做研究助理，1942—1944年艾爾薩色投身美國軍方研究工作。其后艾爾薩色還曾先后在賓夕法尼亞大學、猶他大學、加利福尼亞大學、普林斯頓大學、馬里蘭大學、約翰一霍普金斯大學等地擔任教授職位。

艾爾薩色興趣廣泛，在心理學、大氣動力學、地磁學、地震學與理論生物學等多領(lǐng)域齊頭并進展開學術(shù)研究，并都有重要貢獻，成為物理學家、地球物理學家以及生物物理學家。在物理學方面艾爾薩色對原子核結(jié)構(gòu)的研究使其成為瑪利亞·戈佩特、延森（Hans Jensen，1907—1973）等提出并由此獲得1963年諾貝爾物理獎的原子核核殼層結(jié)構(gòu)的先驅(qū)。艾爾薩色被稱為現(xiàn)代地磁場的電機理論（Dynamo theory）之父，他提出的地磁產(chǎn)生機制，是該領(lǐng)域的基本理論。地球的磁場是如何產(chǎn)生的？正如有的學者所指出：“現(xiàn)在一般接受的理論是‘地球發(fā)電機，是物理學家艾爾薩色在1940年代提出的數(shù)學模型，描寫地球液態(tài)的對流所產(chǎn)生流體運動的反饋機制而引發(fā)‘自發(fā)性的發(fā)電機。以白話來說，就是地球擁有含鐵的熔融外核，因此地球自轉(zhuǎn)造成的科氏力而在地核部分引發(fā)電流和磁場?！盵5]可見艾爾薩色的理論今天仍是這一領(lǐng)域的重要基礎。

艾爾薩色到美國猶他州大學后開始關(guān)注和研究生命科學，這主要是他早年對心理學的興趣的延伸使然。雖然出身于物理學背景，但是艾爾薩色認為，物理學與化學的研究方法不能夠簡單地推廣到生物學研究中去。進而他認為還原論與機械決定論不能對于生命有機體諸現(xiàn)象做出充分的理解與解釋。艾爾薩色對理論生物學（Theoretical biology）有重要影響，1958年他曾出版名為《生物學的物理基礎》（The Physical Foundation of Biology）的專著。在這本書中，艾爾薩色用量子力學、信息學以及控制論的概念，討論和研究生命科學問題。這本書至少對于當時的生物界人士來說是一本難以把握的。因為他們多數(shù)不熟悉理論物理學的概念或術(shù)語。在這本書中艾爾薩色在肯定環(huán)境的影響是生物進化重要因素的前提下，他堅持認為，生命現(xiàn)象或生物體大量的內(nèi)在信息，本質(zhì)上決定于內(nèi)因。僅就廣泛應用物理學以及信息論、控制論等多學科概念研究和討論生物學問題而言，艾爾薩色這本書所作出的艱苦努力也是開風氣之先，值得充分肯定。

艾爾薩色的科學貢獻得到了科學界的好評。1959年、1971年艾爾薩色兩次獲得美國地球物理聯(lián)盟的獎項（the Bowie and Fleming medals of the American Geophysical Union），1977年獲得德國的高斯獎章（the Gauss Medal in Germany），1979年獲得美國地質(zhì)學會的獎項（the Penrose Medal of the Geological Society of America），1987年他獲得了由美國總統(tǒng)頒發(fā)的（美國）國家科學獎章（the National medal of Science）?？梢姲瑺査_色曾是美國科學界一位出色人物。

二玻恩與德爾布呂克

如果玻恩對于艾爾薩色，一定程度上有些導師對于“困難”學生的特殊照顧的話，那么玻恩本人對于德爾布呂克卻是一直欣賞并有高度評價。德爾布呂克（見畫像，畫像來自網(wǎng)絡文章）出身書香門第，父親是柏林大學歷史學家，母親是著名化學家李比希（Justus von Liebig，1803—1873）的孫女。德爾布呂克1926年至1930年在哥廷根大學學習物理學，在玻恩指導下獲得博士學位，其后他先后在英國、瑞士、丹麥和德國過做博士后或短期工作。1932年8月15日在一次國際醫(yī)學會議上，玻爾（Niels Bohr，1885—1962）做了名為“光和生命的演講”。據(jù)說德爾布呂克受此影響而逐漸步入生命科學研究領(lǐng)域。德爾布呂克的生命科學研究開始于他在德國柏林威廉皇家研究所放射化學部工作時期。1937年德爾布呂克到美國工作并定居，獲得洛克菲勒財團資助到加州理工學院摩爾根研究室從事遺傳學研究后，真正開啟了他的噬菌體研究時代。這一研究對于分子遺傳學的誕生，有積極的促動作用。學術(shù)界有個基本共識：噬菌體與后期分子生物學的關(guān)系，猶如玻爾的氫原子理論與其后量子力學的關(guān)系；而德爾布呂克的噬菌體研究成果對于分子生物學關(guān)系和影響，則恰猶如玻爾氫原子理論對于量子力學的影響。

在玻恩的回憶錄中，他多次專門提到德爾布呂克。在回憶自己在柏林大學工作那段經(jīng)歷時，玻恩說，他認識的同事中有一位叫做德爾布呂克的歷史學家：“他的兒子后來成了我的學生。我這個學生現(xiàn)在生活于美國；他把現(xiàn)代物理學方法應用于生物學，他因此而成為著名人物?！保╗6]，p.167）在回憶錄中介紹自己的優(yōu)秀學生的環(huán)節(jié)，玻恩詳細敘述了關(guān)于德爾布呂克的一個“不尋常的”事件：“他的博士論文，是在我指導下寫成的，很出色，我把他看成我最好的學生之一。但在博士論文口頭答辯時他失敗了。坡爾（Robert Pohl，1884—1976，哥廷根大學一位特聘實驗物理學教授）問了一些他答不上來的有關(guān)實用物理學的問題。當坡爾堅持問這類問題時，德爾布呂克變得很固執(zhí)，甚至拒絕回答。坡爾決定不讓他通過，而只有答辯意見一致（同意）才能通過，因此我無能為力，只能提出抗議。對自己的優(yōu)越智力很了解的德爾布呂克，精神既敏感又脆弱，這次打擊令他無法承受。我很擔心他會自殺，不敢讓他獨自呆著，而是把他領(lǐng)到我家。在家里，海蒂（Hediwig Born，1891—1972，玻恩妻子）成功地幫他重新樹立自信心，告訴他僅憑別人評價（即作出錯誤決定）是愚蠢的。事實上，他在半年之后通過了考試。但他沒有繼續(xù)再搞理論物理，而改學生物學。……他現(xiàn)在是美國一流的遺傳學家之一。我們住在愛丁堡的時候，大學曾邀請他來做一些列學術(shù)報告，我們又得以重溫友誼。他精彩地談到在我的部門工作時的情形，而且在我家里，一起回憶了他成功之路的那次戲劇性的開端。”（[6]，p.235）從玻恩的這段回憶可以看出，他當年對于德爾布呂克十分了解、極為欣賞并有過家人般的特殊關(guān)照。

另一方面，在德爾布呂克的著述中，至今我們沒有發(fā)現(xiàn)他對自己在哥廷根求學期間經(jīng)歷的詳盡描寫。這很可能是博士答辯時的遭遇對他的心靈形成了巨大的傷害，令其不堪回首，所以才不愿回首那段往事。有證據(jù)表明，他對自己的導師玻恩是心懷感念的。在玻恩早已去世后的1978年，德爾布呂克接受采訪時說，他初到哥廷根大學時，目的并非是成為數(shù)學家或物理學家，而是要成為天文學家。但是并未如愿以償。之后他經(jīng)人推薦，介紹給物理學教授玻恩之后，才開始了專業(yè)的物理學學習。被問及在哥廷根期間與玻恩之間的關(guān)系怎樣時，德爾布呂克回答說：“噢，非常好。”回顧當年跟隨玻恩求學的情景，德爾布呂克忘情地說：“他（指玻恩）讓學生或助手去他的家里，演奏音樂，也到城外散步、喝啤酒并作愚蠢而可愛的游戲，非常放松。”據(jù)玻恩弟子的回憶可知，玻恩的這些做法在當時德國的教授中，并不常見。德爾布呂克說，他博士畢業(yè)后繼續(xù)得到了玻恩的幫助：“在馬克斯·玻恩的推薦下我在英格蘭的布里斯托大學獲得了工作的機會?！?/p>

種種跡象表明，由于1933年被迫離開哥廷根后，玻恩多年沒有固定理想教職等原因，在德爾布呂克畢業(yè)后，玻恩與他的直接聯(lián)系不多。但是玻恩從未忘記他的這位優(yōu)秀弟子，前文已述，玻恩在自傳中對德爾布呂克有印象深刻的多次回憶以及很高的評價。1969年德爾布呂克與人分享諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。在玻恩仔細珍藏的資料文獻中，有當時宣傳德爾布呂克獲得諾貝爾獎的美國報紙。在報紙的上部邊緣空白處，有幾句手寫的德文語句，經(jīng)細心辨認，大意如下：“親愛的玻恩：您的問候給我妻子和我?guī)砹四蟮男老?。……（獲得諾貝爾獎）帶來的熱鬧已漸漸褪去，感謝您的祝賀。衷心地懷念您（和當初的時光）。您的學生馬克斯-德爾布呂克?！憋@然這是德爾布呂克接到老師的賀函后從美國寄到德國的報紙，而玻恩則一直保留著它們。玻恩桃李滿天下、門下多才俊，在他關(guān)注并引以為傲的弟子之中，即包括德爾布呂克。

玻恩自己從在哥廷根師從希爾伯特（David Hilbert，1862—1943）攻讀純粹數(shù)學博士開始，到受克萊因（Felix Klein，1849—1925）影響轉(zhuǎn)而在朗格（Carl Runge，1856—1927）指導下研究應用數(shù)學，并最終成為物理大師。玻恩學術(shù)視野寬闊，在晶格動力學、量子力學、光學、電動力學、液體理論等多個領(lǐng)域都有重要貢獻，并精通哲學。正如前文玻恩寫給艾爾薩色的信中所說，晚年的玻恩甚至對于生命現(xiàn)象也產(chǎn)生了興趣。很難論證玻恩的這種視野寬廣的學術(shù)風格與特征，對艾爾薩色和德爾布呂克有什么直接的影響，但在幾年的接觸中，學生潛移默化受到導師學術(shù)風格的影響是自然而然、在所難免的。更何況在艾爾薩色、德爾布呂克個人科學生涯成長關(guān)鍵階段，作為授業(yè)恩師，玻恩對他們有過特殊的關(guān)愛。當后人研究艾爾薩色與德爾布呂克時來自玻恩的影響是不能忽略的。玻恩物理學派培養(yǎng)出的博士中，有兩位在生物學領(lǐng)域有突出貢獻，這也成為玻恩物理學派所取得的諸多成就中的一束奇葩。了解這一事實及其中的細節(jié)，對于更客觀、更全面評價和總結(jié)玻恩學派科學貢獻有重要幫助。

三余論

物理界興趣點及人才向生物界滲透是20世紀20年代中后期開始萌芽，并逐漸發(fā)展的一個顯著現(xiàn)象。這中間包括玻爾、薛定諤（Erwin SchrSdinger，1887—1961）等一流物理學家對生物學領(lǐng)域的某些問題，有深入的研究與思考；他們的著述，如薛定諤的《生命是什么？》一書，進一步影響更多的物理界學人，促動他們直接投身生命科學領(lǐng)域并做出更多貢獻。德爾布呂克、艾爾薩色、物理專業(yè)出身與沃森（James Watson，1928—）一起發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)并獲得諾獎的弗朗西斯·克里克（Francis Crick，1916—2004），以及因?qū)T技術(shù)有突出貢獻而獲得1979年諾貝爾心理學醫(yī)學獎的物理學家阿蘭·科馬克（Allan Cormack，1924—1998）等等，都是這一現(xiàn)象中的代表人物。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)，除了與個別物理學家的個人特殊愛好有關(guān)外，也是一個基本事實決定的必然結(jié)果，那就是：在20世紀，在相對論與量子力學理論體系建立之后，物理學家意識到，生物學領(lǐng)域比物理學存在更多做出重要貢獻的機會。這一認識是當時物理界人才向生物學流動的根本原因。物理界的這一時代性人才動向，可以由生物界的反應予以印證：“20世紀初……多數(shù)生物學家對于物理或化學的了解還相當少，他們所掌握的物理和化學知識往往是二三十年前在學校中學到的。因此生物學家用來改造他們學科的物理、化學方法總是落后于物理實驗室所運用的方法。只是到了后來，在20世紀30年代至40年代，從事物質(zhì)科學研究并卓有成就的人開始進入生物學領(lǐng)域，尤其是進入到分子遺傳學領(lǐng)域后，才帶來了明顯的變化?！盵7]1926年量子力學的理論體系業(yè)已建立，但是圍繞一些問題的爭論仍在繼續(xù)。20世紀30年代是理論物理走向式微的拐點，同時也是部分物理界專業(yè)人才轉(zhuǎn)向生物學界的開始，這不是簡單的偶然同步，這二者之間存在必然的內(nèi)在聯(lián)系。艾爾薩色和德爾布呂克是順應這一科學發(fā)展趨勢的兩位弄潮兒。