章慧

廈門大學化學化工學院，福建 廈門 361005

位于倫敦皮卡迪利大街的伯靈頓公館(圖1)，原為卡文迪許家族的私宅，1854年被英國政府購買并分配給當時的學會團體使用。自1873年以來，英國皇家學會和化學學會就在這里安營扎寨。近一個半世紀飄過，伯靈頓公館不知見證了多少科學界的風云人物和傳奇故事。1914年3月27日、1930年4月25–26日和1966年3月10–11日，匯集了當時全球最頂尖與最具影響力的物理和化學領域的實驗和理論學家，在這里舉行的三次與手性光譜相關的小型國際學術會議忝列其中[1–6]。隨著幾代科學家的漸行漸遠，相關史料有的珍藏在已是耄耋之年的老一輩科學家的心靈深處，有的靜靜地埋藏在圖書館或資料室的僻靜角落和鮮有人光顧的舊書網(wǎng)站，而大部分早已佚失在歐美零散的歷史檔案之中。將其復活，談何容易？猶如這幅被我從手性光譜專著上覓來[1]，滿懷崇敬之心，竭盡全力地將散亂的歷史碎片縫綴起來并增補細節(jié)的手性光譜理論發(fā)展的群英譜(圖2)。

圖1 英國倫敦伯靈頓公館

圖2 手性光譜理論研究發(fā)展的群英譜

據(jù)文獻記載，在伯靈頓公館召開的三次手性光譜會議，前兩次均為法拉第學會組織的法拉第學術討論會，在英國化學會會議室舉辦，討論的主題都是“Optical Rotatory Power”；第三次研討會規(guī)格最高，由英國皇家學會組織，在皇家學會會議室舉行，主題為“Circular Dichroism”[1,4–6]。后兩次會議與第一次會議的時間間隔分別為16年和52年，非比尋常的漫長時間跨度和圖2所示的學術傳承表明：科學家對自然光學活性的認知程度與經(jīng)典物理光學以及量子力學的發(fā)展交織在一起。其中，當時還名不見經(jīng)傳的年輕(25歲)的羅森菲爾德不經(jīng)意地站在了新舊手性光譜學理論更替的交界點上，成為中心人物。也說明手性光譜這一話題，引得物理和化學界的一代代高材生們“競折腰”，上下求索，“衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴”。

在1966年舉行的“Circular Dichroism”研討會上，開幕式和閉幕式分別由先后擔任倫敦大學學院化學系系主任的羅納德·悉尼·尼霍姆(Ronald Sydney Nyholm)院士和他的導師克里斯托夫?凱爾克?英果爾德(Christopher Kelk Ingold)院士主持。大名鼎鼎的英果爾德是物理有機化學的開山鼻祖，曾經(jīng)獲得68次諾貝爾化學獎提名，也是盧嘉錫先生的恩師；而尼霍姆則以提出價層電子對互斥概念和“無機化學復興”的觀點推動配位化學的發(fā)展而著名。

尼霍姆的發(fā)言開門見山[4]：這次會議是在皇家學會理事會的建議下召開的，因為目前討論這個問題的時機特別成熟。一個多世紀前，人們發(fā)現(xiàn)了光學活性與立體化學之間的一般關系。從那時起，這一現(xiàn)象就被廣泛地用于闡明化學結(jié)構(gòu)。然而，對于不對稱分子和絡合物的旋光色散(ORD)和圓二色性(CD)的電子基礎的理解，直到最近才有了令人滿意的結(jié)果。光譜理論的現(xiàn)代發(fā)展，以及用于該課題研究的商品化儀器的出現(xiàn)，使研究者能夠預測分子的絕對構(gòu)型。圓二色譜和旋光色散技術在確定相關立體化學和研究構(gòu)象效應方面也有很大價值。這些因素引起了人們對這一主題的興趣，因此，提供一個機會對圓二色譜的原理和旋光色散的一些更基本的方面進行討論是非常必要的。

與尼霍姆的開場白呼應，英果爾德教授在閉幕詞中，精辟地總結(jié)了手性光學現(xiàn)象近150年的研究歷史[6]：從1811年阿拉果發(fā)現(xiàn)石英晶體的旋光以及1815年畢奧發(fā)現(xiàn)天然有機化合物的溶液也有光學活性開始，可以將人們對手性光學現(xiàn)象的認識劃分為6個確定的時期，每個間隔約30年。他依次總結(jié)了每個時期最有代表性的重要工作，認為里程碑的工作是羅森菲爾德在1929年發(fā)表的權威性文章[7]，并意味深長地指出：光學活性是譜學的一個分支，它的理論處理就是量子理論的一部分。

1979年，艾略特·查尼(Elliot Charney)在他的手性光譜專著[1]中給予羅森菲爾德極高的評價：“在持續(xù)發(fā)展的手性光譜學理論所構(gòu)筑的知識體系中，如果要從中選出對我們現(xiàn)有認知影響最深遠的某個工作，必然是羅森菲爾德對光學活性量子起源的研究”。而在更早的1951年3月，徐光憲僅用兩年時間完成的題為《旋光的量子化學理論》博士論文，首次驗證了羅森菲爾德的旋光性量子化學理論。在20世紀的五六十年代，歐美的幾個頂尖物理化學實驗室要是沒有擺弄過手性光譜儀及相關理論研究的，都不好意思說自己是研究過量子力學的。徐光憲的研究非常新潮，解決了前兩次法拉第會議都未能解決的預測旋光強度難題。1955年，已經(jīng)歸國的徐光憲在自己博士論文工作基礎上寫成了“旋光理論中的鄰近作用”一文，發(fā)表于化學學報[8]，他稱贊道：“羅森菲爾德方程是所有現(xiàn)代旋光理論的基礎，由此可以導出巴斯德的結(jié)論并解釋旋光色散現(xiàn)象”。

英國物理化學家斯蒂芬·梅森[5]和德國無機化學家彼得·勞爾[9]對羅森菲爾德亦贊不絕口。然而，倍受夸獎的羅森菲爾德，在各種場合卻極少提及他對旋光理論量子力學詮釋的重要貢獻。在一次訪談中[10]，他對此輕描淡寫：從量子力學的角度來處理光學活性，只是做了一個“練習”。本文擬從一個特殊的視角，以羅森菲爾德的傳奇一生為主線，串起這個“練習”的量子力學背景及其相關故事。

1 科莫會議與瓦倫納會議

比鄰瑞士，位于意大利倫巴第大區(qū)的科莫湖，為意大利第三大湖。科莫湖是冰川湖，由阿爾卑斯山的冰川融化傾瀉而成。藍綠色的湖水映襯著峻美的阿爾卑斯山，湖光山色宛如人間仙境，這一度假勝地向來擁有歐洲花園的美譽。

科莫湖畔有一座美麗的小城科莫，意大利人引為驕傲的大科學家亞歷山德羅·伏打(Alessandro Volta)就誕生于此，他發(fā)明的伏打電堆開拓了電化學研究的新時代。伏打晚年歸隱故里，1827年3月5日在科莫逝世，享年82歲。為了紀念他，人們將電壓單位取名伏特。

從量子物理學史的角度來看，1927年匯集了幾個重要事件：海森堡提出了測不準原理、科莫物理學國際會議(史稱科莫會議)、第五次索爾維會議。

1927年九月中旬，為紀念伏打逝世100周年，意大利物理學會舉辦了科莫會議，隆重邀請了當時國際上頂尖物理學家和意大利物理學家參加此次盛會，其中不乏歷屆諾貝爾物理學獎得主，包括：霍爾、普朗克、洛倫茲、布里淵、密立根、盧瑟福、塞曼、索末菲、列維-齊維塔、愛丁頓、阿斯頓、勞厄、玻恩、玻爾、康普頓、小布拉格、德拜、理查森、德布羅意、克喇末斯、基里諾·馬約拉納、科爾比諾、喬爾吉、龐特雷莫利等；還有幾位出生于19–20世紀之交的“00后”青年才?。号堇?、海森堡、費米、馮·諾依曼、拉賽蒂和塞格雷等?？颇先盒撬C萃，借天時地利，意大利人引以為傲的物理神童費米被推選為科莫會議理論物理討論會主席。遺憾的是，雖然艾倫菲斯特、薛定諤和愛因斯坦都被邀請，但他們未能出席。參加科莫會議的科學家陣容僅次于當年十月份將在布魯塞爾舉行的第五次索爾維會議。

史書上對科莫會議著墨不多，但它卻是量子物理學史上一次極其重要的里程碑會議。丹麥物理學家玻爾在科莫會議上首次講述互補性概念。在1927年9月16日著名的20分鐘科莫演講中，雖然玻爾只是以探索的口吻，提出并闡述了“互補性”觀點，正是在海森堡測不準原理的基礎上，他突破束縛，開辟了認識論的新領域。盡管從1927年春他就被“互補性”思想糾纏，與海森堡和克萊因有過激烈的交鋒且最終達成一致[11]，但在接受組委會的邀請時玻爾還是有點遲疑，于6月20日匆匆提交的報告摘要題目是“量子理論的基本問題”[12]。會后玻爾邀請泡利和達爾文留在科莫幫他批判和修改論文[11,12]，并在第五次索爾維會議上進一步完善，至1928年初，終于寫就名篇“量子假說和近期原子理論的發(fā)展”，發(fā)表在Nature上[13]。在之后的歲月里，本文主人公萊昂·羅森菲爾德成為了玻爾哲學思想最杰出的傳人[14]。

參會的青年科學家(圖3)正是意氣風發(fā)的年華：泡利生于1900年，海森堡、費米和拉賽蒂生于1901年，馮·諾依曼生于1903年。他們均年少有成：泡利于1925年提出不相容原理；海森堡1925年創(chuàng)立矩陣力學，1927年悟出測不準原理；費米于1926年發(fā)展了量子統(tǒng)計學；馮·諾依曼在1927–1929年期間發(fā)表了集合論、代數(shù)和量子理論方面的文章；1928–1929年，費米的摯友拉賽蒂對氣態(tài)雙原子分子拉曼效應的研究被譽為當年光譜學領域的杰出工作[15]。羅森菲爾德出生于1904年，比他的師兄泡利、海森堡和費米略小，彼時他還沒有出道，正游走于歐洲幾大物理學武林圣地拜師學藝[10]。

圖3 1927年9月11日泡利、海森堡和費米歡聚科莫湖畔

與科莫會議類似，科學史上對羅森菲爾德亦很少渲染，大多是把他作為玻爾的得力助手和發(fā)言人提及。其實，羅森菲爾德并非等閑之輩，他與玻爾亦師亦友，是玻爾的摯友和知音，而不是門徒。作為玻爾的親密合作者以及玻爾量子哲學的傳播者，羅森菲爾德貢獻突出。在一次訪談中羅森菲爾德提到[10]，他在哥本哈根理論物理研究所工作期間，與玻爾惺惺相惜：“我所感興趣的是原則性問題，而這也是玻爾關注的首要問題。我向玻爾提出的問題是針對原則而不是細節(jié)”。玻爾和羅森菲爾德長期密切合作，他們的方法和優(yōu)勢完全不同，和諧而有效地互補。玻爾欣賞羅森菲爾德清晰的思路、構(gòu)思的能力、淵博的學識、強大的數(shù)學背景和迅速應對新問題的本領。而羅森菲爾德對玻爾不時冒出的新想法的熱情回應，也讓玻爾深受鼓舞[16]。

在科莫會議以及后來的第五次和第六次索爾維會議上也未能顯山露水的羅森菲爾德，有著自己的輝煌[16]。他是一位有洞察力、思維敏捷、通曉多種語言(掌握8、9種語言，至少5種能流利地說寫)的學者，他周游世界，與多國許多重要人物尤其是一批杰出的理論物理學家交相輝映，他是聯(lián)結(jié)東西方的四通八達的國際科學和學術網(wǎng)絡的一部分。他具有很強的綜合能力，既能進行特異的計算，又能厘清微妙的哲學問題，或介入政治討論——所有這些都是最高水平的。作為量子場論和量子電動力學的先驅(qū)之一，他在20世紀20年代末和30年代處于現(xiàn)代物理學的中心地位[16]；作為旋光理論量子力學詮釋的先驅(qū)，他在手性光譜學發(fā)展史上有著不可替代的地位(見圖2)[1–10]；作為馬克思主義者，他對科學史和科學哲學及其社會作用進行了深入思考，充分認識到科學探索的政治和社會層面，體現(xiàn)了科學家的社會擔當[10–21]。1949年羅森菲爾德獲得了法朗基獎，盡管該獎項是一個國家獎，只授予比利時科學家和學者，但卻給與了獲獎者與諾貝爾獎相當?shù)臉s譽[16]。

科莫始終是慧眼識英雄的，不但在1927年的科莫會議上隆重推出以費米、拉賽蒂和塞格雷為代表的一批青年意大利物理學家(后來發(fā)展為“羅馬學派”)，而且極其重視物理學的傳承和交流。雖然羅森菲爾德未能躋身1927年的科莫會議，但科莫卻一直惦記著他。距科莫會議45年后的1971年夏天，位于科莫湖東岸的瓦倫納小鎮(zhèn)，迎來了一位尊貴客人——羅森菲爾德教授(圖4)，他受邀在意大利物理學會舉辦的瓦倫納夏季講習班講授量子理論的歷史。正如《波士頓科學哲學研究》叢書主編所言[21]：我們早就被羅森菲爾德在物理學的基礎和發(fā)展方面的認識論、歷史和社會問題的獨特融合所打動，于是決定在瓦倫納與他接觸，希望出版他的論文集。羅森菲爾德欣然答應，并允諾親自為論文集寫一份長篇導言。

圖4 羅森菲爾德教授的演講

遺憾的是，近3年過去了，除了已經(jīng)參與制定的文集目錄，卻還沒有來得及著手編寫導言和批判性的注釋，羅森菲爾德于1974年3月去世。序言只好由他在哥本哈根研究所的親密朋友和同事史蒂芬·羅森塔爾(Stefan Rozental)教授代為完成。由于沒有羅森菲爾德本人的評介，羅森塔爾和叢書主編深感遺憾。1979年，由羅森菲爾德的63篇文章集結(jié)而成《波士頓科學哲學研究》叢書的第21卷終于正式出版(圖5)。其中的12篇文章后被中國石油大學的戈革教授翻譯成《量子革命——萊昂·羅森菲爾德文選》一書[22]介紹給中國讀者。

圖5 1979年在荷蘭出版的羅森菲爾德文選

2 羅森菲爾德和手性光譜的量子力學理論

羅森菲爾德涉足多重領域，一生著述頗豐，成果累累。然而，在羅森菲爾德自己選定的《波士頓科學哲學研究》的文選目錄中，并沒有收入他1929年在哥廷根發(fā)表的題為“液體和氣體自然光學活性的量子力學理論”一文[7]。前面提到，他個人謙遜地認為此文不過是應用量子力學理論于自然光學活性的一個“練習”[10]，實際上此文影響深遠。文章發(fā)表后不久即被1930年的法拉第會議重點提及[5,23]，后來又被1966年聚集在伯靈頓公館英國皇家學會會議室的一群“聰明大腦”[6]，以及包括德國的勞爾[9]、瑞士的馮·澤列夫斯基(von Zelewsky)[24]、徐光憲[8]、游效曾[25]等在內(nèi)的中外物理化學家和配位化學家所津津樂道。他個人的態(tài)度與科學家們的欣賞，為何有如此巨大的反差？時至今日，這仍然是個謎。我們所能夠看到的是，這位杰出的理論物理學家此后再也沒有回到手性光譜的量子力學理論研究上來，而是把注意力轉(zhuǎn)向了其他領域。

如果說，羅森菲爾德在20世紀20年代末和30年代對量子場論和量子電動力學的貢獻，在之后20年內(nèi)幾乎沒有被人注意到，或許是因為觀點過于超前[26]；基于這樣的考量，我們或許可以從倫敦伯靈頓公館舉行的三次手性光譜會議留下的歷史記錄、幾部重要的手性光譜專著以及相關文獻和訪談中找到解釋。

的確如此，當我們追溯量子力學、量子化學和手性光譜理論、儀器研發(fā)及其測試實驗的歷史演進時間點，這團迷霧被逐漸撥散。筆者所崇敬的英國物理化學家斯蒂芬·梅森在1966年舉行的“Circular Dichroism”研討會上曾經(jīng)做出過精準點評[5]：“在20世紀30年代，無論是基于光學活性的經(jīng)典(電磁)理論還是量子力學理論的應用，都被當時對復雜分子電子光譜性質(zhì)的有限知識所限制”。而在手性光譜實驗研究方面，避孕藥之父卡爾·杰拉西(Carl Djerassi)曾經(jīng)報道[27]，在1930年代到1955年之間的文獻中基本上沒有任何重要的旋光色散測量記錄，該領域在20世紀60年代幾乎是爆炸性的發(fā)展與當時商業(yè)化分光偏振儀的出現(xiàn)相吻合。所以，直到在梅森參與組織的第三次伯靈頓會議“才有了令人滿意的結(jié)果”的圓二色譜和旋光色散研究，大大滯后于它們的量子力學理論預測并不奇怪。

20世紀20–30年代，歐洲的量子物理高歌猛進，位于量子研究“金三角”——哥本哈根、哥廷根和慕尼黑的三所理論物理研究所在玻爾、玻恩和索末菲的領軍下成為歐洲、美國和前蘇聯(lián)年輕物理學家和物理化學家的精神家園，他們紛紛前往朝圣，輾轉(zhuǎn)三地，切磋技藝、樂不思蜀。然而，當時人們對量子理論的理解既不徹底也不完美，將量子力學和相對論應用到某個具體的物理或化學問題中，成為了這些科學家競相追求的目標。量子化學和化學鍵理論(包括價鍵理論、晶體場理論和分子軌道理論)的產(chǎn)生和發(fā)展，正處在這個交匯點上[28]。而在那之前，理論物理學家不但靠猜測，而且從經(jīng)典物理學的基本定律中推導出一些公式，這些基本定律來自牛頓力學定律、引力定律、熱力學定律和麥克斯韋的電磁理論等[29]。我們可以從圖2強烈地感受到從19世紀初阿拉果和畢奧發(fā)現(xiàn)旋光現(xiàn)象以來，手性光譜理論研究在物理學界發(fā)展的主要脈絡——從經(jīng)典理論過渡到量子理論。如前所述，羅森菲爾德在其中承上啟下，做出了的巨大貢獻——創(chuàng)立了大名鼎鼎的羅森菲爾德方程！

20世紀50年代，費曼和蓋爾曼針對李政道和楊振寧提出的弱相互作用宇稱不守恒及相關實驗數(shù)據(jù)，建立了普適的弱相互作用理論。費曼對他自己的這一成就甚感得意[30]：“我想到了狄拉克，他一度有自己的方程——一個表明電子如何活動的方程，而我現(xiàn)在也有了這個關于β衰變的新方程。它不像狄拉克方程那樣關系重大，但它是好的。這是我生平第一次發(fā)現(xiàn)了一條新定律”。

可見，擁有自己滿意且簡潔優(yōu)美的方程，是多少理論物理學家夢寐以求的目標。麥克斯韋、狄拉克、費曼、薛定諤、愛因斯坦和玻恩都做到了，而羅森菲爾德在25歲時也做到了。

無獨有偶，羅森菲爾德方程也是從關注狄拉克方程開始的，他曾經(jīng)在一個訪談中說起在哥廷根當玻恩助手期間的光學活性研究[10]：

當?shù)依说碾娮?方程)出現(xiàn)時，我研究了電流的新表達式，當然，這看起來和薛定諤的表達式很不一樣。這兩者之間有什么關系呢？在研究過程中，我發(fā)現(xiàn)了電流中的電荷對流部分以及自旋引起的電流部分之間的分離，即所謂戈登分解(戈登很快就獨立發(fā)表了文章[31])。但我被維格納勸阻，沒有發(fā)表任何關于電流分解的文章。當我很自豪地向維格納展示我的研究時，他卻說，“那又怎樣？我覺得研究電流密度沒有什么意義。我認為討論一些真正的物理問題會很有意思”。這是一個寬泛的暗示，讓我能更好地看待一些實際問題。當時，玻恩在他的書中討論了矩陣元素的對稱性，我每天都在和他討論這個問題(筆者注：當時羅森菲爾德正協(xié)助病中的玻恩完成《基礎量子力學》教材，同時玻恩自己也在準備編寫一部光學教材[32,33])。他告訴我，針對不對稱性問題的某些應用做研究會很有意思，研究中可以看到當不存在普通情況下的球面對稱性時，會發(fā)生什么。接著他說，其中一個問題(玻恩當然很清楚，他自己已經(jīng)用經(jīng)典的方式研究過[34,35])是光學活性，不對稱分子的自然光學活性。這讓我開始研究這個光學問題，從量子理論、量子力學的角度來對待光學活性。作為一個練習，看到不對稱系統(tǒng)會發(fā)生什么，矩陣元素看起來是怎樣的，這很有趣。但此后人們把我當成了量子力學光學應用方面的最高專家，這是很沒有根據(jù)的，因為我對光學一無所知，對量子力學也知之甚少。

在另一個訪談中，羅森菲爾德只是簡短地說：玻恩促使我徹底解決了光學的問題[18]。

涉及這段研究經(jīng)歷的訪談看似寡淡，但非常有趣：當羅森菲爾德在哥廷根工作期間，在維格納的激將和玻恩的啟發(fā)下，他只是把手性分子的光學活性理論研究當做一個“練習”，然后就獨立發(fā)表了關于旋光度理論計算的量子力學方程[7]，后來被大家一致認為他是在量子力學的光學應用方面的一位超級專家。羅森菲爾德非常自謙，一點都不居功自傲。但他的“小練習”馬上被荷蘭萊頓大學的艾倫費斯特教授慧眼識珠，于1929年的春天專程邀請他前去學術交流，引起一場轟動[19]。

也許艾倫費斯特早就了解到這位年輕人起點很高：1927年底來到哥廷根之前，他已經(jīng)在巴黎學習了一年，師從大名鼎鼎的郎之萬和德布羅意，其間，他與居里夫人、伊雷娜·約里奧-居里夫婦、讓·巴蒂斯特·佩蘭、萊昂·布里淵等都有交往。如同在母校比利時列日大學那樣，他不但在數(shù)學、經(jīng)典物理學、哲學和科學史的知識海洋中徜徉，而且如饑似渴地學習嶄新的相對論和量子力學，但巴黎這個經(jīng)典物理學的根據(jù)地已經(jīng)不能滿足他學習量子理論的強烈欲望了，郎之萬也勸說他最好離開巴黎去追尋量子物理的武林高手。作為精密數(shù)學的王國和矩陣力學的搖籃，哥廷根大學像磁石一樣吸引著數(shù)學功底極強的羅森菲爾德：“哥廷根當時給我的印象是比哥本哈根更活躍，事實上，這也許是真的，因為當時有約爾當、諾德海姆、海特勒和所有的數(shù)學家。我也非常想看看希爾伯特和那個著名的數(shù)學學校，所以我非常想去哥廷根”[17,18]。

終于，這個機會來了！

也正是在巴黎期間，羅森菲爾德與德布羅意合作，將“相對論知識與波動力學相結(jié)合，發(fā)展出五維的波動方程”[18,36]；他的工作很快得到來自比利時布魯塞爾自由大學的物理學家托菲勒·德·頓德爾(Théophile De Donder)的賞識，他熱情邀請羅森菲爾德去布魯塞爾開展合作研究。

1927年10月，舉世矚目的第五屆索爾維物理學會議在比利時布魯塞爾召開，星光璀璨、大師云集，泡利、海森堡、狄拉克等00后男孩物理學家已開始嶄露頭角(圖6)。德·頓德爾也是正式參會代表之一(第三排左五)，他在一般討論中提交了羅森菲爾德在五維波動方程方面的工作，他和德布羅意都試圖引起參會者對羅森菲爾德工作的注意，但與會代表的關注點卻主要在愛因斯坦和玻爾關于量子力學詮釋的激烈論爭上。除了積極推薦愛徒的五維方法，德·頓德爾帶著羅森菲爾德列席索爾維會議還有一個目的，希望他在會議中能遇到來自哥廷根的玻恩教授，得到一個工作機會。會議間隙，羅森菲爾德在報告廳門口驅(qū)前迎候玻恩，玻恩欣然接受了他提出的訪問哥廷根要求。

圖6 第五屆索爾維物理學會議代表合影

羅森菲爾德來到哥廷根這樣的數(shù)學和理論物理要塞正當其時，隨著第五次索爾維會議和之前意大利科莫會議的舉行，關于量子力學意義的深入討論達到了最高點。在這樣的歷史背景下，羅森菲爾德旋光理論的量子力學公式的建立順理成章。

激勵羅森菲爾德進行手性光學研究的兩位導師功勛卓著。玻恩和維格納分別為1954年和1963年的諾貝爾物理學獎得主。1927年，時年25歲的尤金·保羅·維格納(Eugene Paul Wigner)應邀到哥廷根大學做大數(shù)學家希爾伯特的助理。這個崗位是量子論之父索末菲為了讓年輕物理學家?guī)椭柌馗献钚碌奈锢韺W進展而特設的[37]，維格納之前有數(shù)位知名學者相繼擔任了“希爾伯特的物理輔導員”，例如索末菲的得意弟子保羅·彼得·埃瓦爾德(Paul Peter Ewald，埃瓦爾德教授出席了1930年的法拉第會議[38])和阿爾佛雷德·朗德(Alfred Landé，朗德在1918年也發(fā)表了一篇旋光度理論研究的文章[39])等。朗德說[40]：“每天上午和下午，我都要向希爾伯特匯報量子力學的新文獻，關于低溫下固態(tài)體行為的想法，關于光譜學等等”。但是當維格納來到哥廷根時，希爾伯特已經(jīng)病重失去工作能力，兩人見面的機會寥寥。雖然維格納未能履行“物理輔導員”的職責，卻使他在哥廷根有更多機會對理論和實驗物理學有更深入的了解，結(jié)識了玻恩、約爾當以及實驗物理學家詹姆斯·弗蘭克等學者，參加玻恩組織的群論研討班，并發(fā)展了原子和分子光譜的群論分析和量子力學研究[10]。玻恩是一位高徒滿座的好老師，一個好主意不斷的人，他的研究領域涉及相對論、晶格動力學、晶體化學、量子力學、光學及流體力學等等[41]。其實早在第一次世界大戰(zhàn)期間，他就利用服兵役間隙思考，對光學活性的理論問題有過深入探究[32,34,35]，因此，他給羅森菲爾德布置的“練習”，并非空穴來風。

前已述及，19世紀末，關于光學活性的實驗證據(jù)和經(jīng)驗事實已經(jīng)確立，物理學家們開始發(fā)展理論，以解釋電磁波與手性介質(zhì)的相互作用[42]。著名的德國物理學家保羅·卡爾·路德維?！さ卖?shù)?Paul Karl Ludwig Drude)于1892年首次提出光學活性的經(jīng)典電磁理論[43]，成為了20世紀的頭30年里大多數(shù)物理(化學)研究不得不與之競爭的標準，在1930年法拉第會議對旋光度的討論中達到了高潮[5,38,44]。從1915年開始，玻恩[34,35]、瑞典物理學家卡爾·威廉·歐森(Carl Wilhelm Oseen)[45]和美國物理學家弗蘭克·格雷(Frank Gray)[46]將光學活性分子建模為耦合振蕩器，幾乎同時獨立地提出了光學活性的理論處理方法。雖然這些論文，尤其是玻恩論文的重要性立即被認定，但因為該階段所發(fā)展的意識未能揭示旋光度的本質(zhì)起源，幾乎沒有對手性光譜特性的研究產(chǎn)生直接的影響[9]。同樣，羅森菲爾德關于光學活性的量子力學理論的重要論文[7]也沒有影響到當時的化學界。直到瑞士物理化學家維爾納·庫恩(Werner Kuhn)將玻恩的理論簡化為經(jīng)典的耦合振子模型[47]，才引起了化學家們的注意。

預測旋光強度[48]、19世紀發(fā)現(xiàn)的高濃度下酒石酸旋光度測試時的溶劑效應[9,49,50]以及將剛剛出爐的羅森菲爾德方程應用于旋光度理論計算等問題，一直到1930年的法拉第會議仍沒有得到最終解決。正如徐光憲的導師美國哥倫比亞大學教授查爾斯·貝克曼(Charles O. Beckmann)在1936年所指出的[50]：上述理論是在我們對旋光度的物理基礎了解不多的時候發(fā)展起來的，未能對一般現(xiàn)象做出令人滿意的解釋。鑒于這些理論所受到的批評，顯然我們必須轉(zhuǎn)向現(xiàn)代理論來解釋溶劑效應。

與實驗物理學家的密切合作對當時的羅森菲爾德來說并沒有什么吸引力。他后來回憶起在哥廷根的時光[17]：“我總是傾向于強調(diào)一般的方面，一般的形式主義，而其他人(例如伽莫夫)則急于解決實際問題”。根據(jù)羅森菲爾德的說法，他的同事們會說：“好吧，你有一套漂亮的哈密頓方程和漂亮的微擾理論的形式，但是試著用你的公式給出計算出躍遷概率的答案吧”。

1955年，徐光憲在“旋光理論中的鄰近作用”一文中將羅森菲爾德方程展現(xiàn)給中國學者[8]：

式中，[M]是摩爾旋光度，N是阿伏伽德羅常數(shù)，n是折射率，λ是所用偏振光的波長，v是它的頻率，β為分子旋光參數(shù)(Molecular Rotatory Parameter)，c是光速，h是Planck常教，(a|μ|b)是基態(tài)a與激發(fā)態(tài)b之間的電偶矩矩陣元，(b|m|a)是磁偶矩矩元。vba是a與b之間躍遷的特征頻率，Σ表示各種可能導致旋光的激發(fā)態(tài)b加和，Im{}表示括號內(nèi)的復數(shù)的虛數(shù)部分, 如復數(shù)為x+yi，則Im{x+yi} =y。

徐光憲指出[8]：“在巴斯德以后的近百年中，實驗材料有了大量的積累，但是究竟哪些因素在決定分子旋光度的符號和數(shù)值，如何根據(jù)分子的結(jié)構(gòu)來計算旋光度等理論問題，迄今尚未滿意解決。羅森菲爾德方程是任何現(xiàn)代的旋光理論的基礎，由此可以導出巴斯德的結(jié)論并解釋旋光色散現(xiàn)象”。

羅森菲爾德活學活用量子力學理論，把在紫外可見區(qū)旋光度的起因歸咎為，在手性分子中，由于不對稱勢場的微擾作用，生色團電子的始態(tài)和終態(tài)會有所改變，由此產(chǎn)生旋光現(xiàn)象，并推導總結(jié)出羅森菲爾德方程。這當然是20世紀手性光譜科學史上的一件了不起的大事。但正如羅森菲爾德的小伙伴們所質(zhì)疑的，能否證實旋光度的理論計算成了檢驗羅森菲爾德理論的關鍵！

不管身邊的實驗物理學家是否認賬，總之，1927–1929年期間，在哥廷根這座精密數(shù)學和理論物理大熔爐中，羅森菲爾德淬煉成鋼，完成華麗轉(zhuǎn)身。他對哥廷根文化中的數(shù)學創(chuàng)新與新物理學的聯(lián)姻已經(jīng)有了全方位的入門，努力追趕在比利時列日和法國巴黎錯過的最新理論物理學發(fā)展[17]：研究了匈牙利數(shù)學家約翰·馮·諾依曼的量子力學公理基礎；向另一位匈牙利人維格納學習了群論；在協(xié)助導師玻恩寫作《基礎量子力學》教材時，對量子力學有了透徹的理解。師傅引進門，修行在個人。博采眾長，他終于交出了羅森菲爾德方程這一令人滿意的答卷。在哥廷根以及后來的哥本哈根學習和工作過程中，羅森菲爾德在玻恩和玻爾的指導幫助下，茁壯成長，開始了一步一個腳印的學術生涯，終于修煉成為一個高度成熟、見多識廣的理論物理學家。雖然他不是第五和第六次索爾維會議的正式代表，但是他以杰出的表現(xiàn)，在第七屆索爾維會議上閃亮登場(圖7，站立者右一)。

圖7 第七屆索爾維物理學會議代表合影

3 徐光憲與旋光度理論計算

20世紀20年代末期，當羅森菲爾德正在哥廷根潛心鉆研光學活性的量子力學處理方法時，遠在中國的浙江紹興有一位出生于1920年的聰明孩子，正在當律師的父親指導下求解“雞兔同籠”等中國古代數(shù)學難題，對周圍的世界和科學表現(xiàn)出強烈的好奇心，從小就打下了扎實的數(shù)理學習基礎。誰曾想到，在羅森菲爾德方程問世22年之后，正是這位遠渡重洋在美國哥倫比亞大學求學的出類拔萃的中國留學生徐光憲，僅用兩年多時間就解決了多年懸而未決的旋光度理論計算難題，首次驗證了羅森菲爾德方程。

在歐洲，經(jīng)典電磁理論研究的勢頭將旋光度研究向前推進了一段時期(20世紀的頭30年)，不得不指出，由羅森菲爾德開發(fā)的旋光度量子力學方程，當時實施起來太困難了[51]。30年河東30年河西，后來的手性光譜理論研究的重大進展主要來自美國(見圖2)[5]，羅森菲爾德方程被科學家應用到具體的物理模型中。愛德華·烏勒·康登(Edward Uhler Condon)、亨利·艾林(Henry D. Eyring)、約翰·甘布爾·柯克伍德(John Gamble Kirkwood)、威廉·莫菲特(William Moffitt)、艾伯特·莫斯科維茨(Albert Moscowitz)、約翰·薛爾曼(John Schellman)和伊格納西奧·蒂諾科(Ignacio Tinoco)等具有量子力學背景的美國物理學家和物理化學家都各自做出重要的貢獻。1939年，芝加哥大學的羅伯特·桑德森·慕尼肯(RobertSanderson Mulliken)發(fā)起了對多原子分子電子光譜理論方面的沖擊。與此同時，哥倫比亞大學的貝克曼對旋光度測試中的溶劑效應，也有自己獨到的見解[50,52–54]。

下面一段故事主要取材于《舉重若重: 徐光憲傳》[55]和《化學大師: 徐光憲》[56]兩部傳記：

1949年9月，徐光憲獲得哥倫比亞大學理學碩士學位、師從貝克曼教授攻讀量子化學博士學位。貝克曼教授交給他的研究題目是“旋光理論的鄰近作用”。

當線偏振光通過某些手性物質(zhì)時，其振動面將以光的傳播方向為軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象被稱為旋光現(xiàn)象。1860年研究者發(fā)現(xiàn)分子的不對稱性是它具有旋光活性的必要條件。很多藥物對偏振光有左旋、右旋之分，表現(xiàn)為一對對映體。偏振光旋轉(zhuǎn)的角度稱為旋光度，通常用鈉元素的D線測定旋光度。旋光度的精細測量需要用不同波長的紫外-可見偏振光，將旋光度對波長繪成旋光色散(Optical Rotatory Dispersion，ORD)曲線而獲得。而旋光理論就是要從理論上計算出ORD曲線。該理論的量子力學方程由羅森菲爾徳首先提出，但理論計算的結(jié)果是否與實驗符合還沒有得到驗證。

當一個電子在生色團中沿著螺旋路徑移動時，就會產(chǎn)生反常ORD和電子圓二色(Electronic Circular Dichroism，ECD)現(xiàn)象[57]，只有當分子是手性的(缺乏σ、i或S4n對稱性)，這才是可能的。因此，這樣的躍遷具有分別指定為μ和m的電偶極子和磁偶極子躍遷矩的乘積(見式2)。在隨機取向的分子集合中，躍遷強度由磁偶極和電偶極矩的標量乘積的虛部給出，這就是羅森菲爾德方程[24]。

貝克曼教授給徐光憲的選題，試圖用羅森菲爾徳方程來計算旋光色散曲線，研究不同的化學鍵，如碳―碳鍵、碳―氯鍵、碳―氧鍵……對生色團中心的微擾，解釋這種微擾如何使分子具有旋光活性的作用機制，并將計算值與實驗值進行比較。

在徐光憲之前，曾有一位研究生對該題目進行過探討，花了兩年時間，用不同化學鍵的偶極距來計算，計算結(jié)果比實驗值小兩個數(shù)量級，即相差100倍，與實驗數(shù)據(jù)不符。導師認為，除偶極矩之外，還應該有四極矩[8,52,58]，例如CO2的偶極矩為零，但是其四極矩不為零。另外，還有八極矩，一個分子四極矩等于零了，但它的八極矩不一定為零等等。按照偶極矩、四極矩、八極矩等一步一步進行計算，工作量大，而且非常復雜，之前的這位研究生因為難度太大而放棄了博士學位。當時有同學跟徐光憲講，你不要接這個燙手山芋，這個很難。

徐光憲有自信，愿意接下來做。他說：“外國人做不出來，不見得我也做不出來，我還是接了這個題，采取了另外一個道路，我自己把它做出來了。所以，這些方面呢，要有超越外國人的自信”。

題目接下來后，徐光憲設想了這樣一個模型，即碳―碳鍵中間是電子云，兩個碳原子帶正電荷，中間的電子云帶兩個負電荷，這就構(gòu)成一個化學鍵的“三中心模型”。該三中心模型不但能表達化學鍵的偶極矩，還能表達四極矩、八極矩等，而計算旋光度的鄰近作用則比用四極矩、八極矩等的計算方法簡便得多。徐光憲利用他構(gòu)建的三中心模型，通過計算得到旋光色散曲線，該曲線與實驗曲線比較，數(shù)值結(jié)果在數(shù)量級上符合，只有20%–30%的誤差，因而首次驗證了羅森菲爾德關于旋光的量子化學理論。1951年3月15日，徐光憲通過了博士論文《旋光的量子化學理論》(論文英文題目：Theory of Optical Rotatory Power)的答辯，成績優(yōu)秀，獲得了物理化學博士學位。獲得博士學位徐光憲只用了兩年零八個月，是全系最快的。當時導師極力挽留徐光憲在哥倫比亞大學做講師，與他合著出版社預約的《旋光理論及應用》一書，或推薦他到芝加哥大學慕尼肯教授那里做博士后。

徐光憲獨辟蹊徑的出色博士論文工作得到了貝克曼教授的肯定，也得到了在20世紀20–30年代成功發(fā)展出分子軌道理論的諾貝爾化學獎得主慕尼肯教授的賞識，但卻沒有在當時引起轟動，也未能引起1966年伯靈頓公館手性光譜會議那一群聰明大腦的注意，這顯然是另一個謎。當我們回顧那一段特殊時期的背景，也許能揭開謎底。

1950年6月朝鮮戰(zhàn)爭爆發(fā)，同年10月志愿軍抗美援朝，中美關系異常緊張。徐光憲和他的夫人高小霞均感到祖國更需要自己，高小霞毅然中斷攻讀博士學位，徐光憲放棄即將到手的工作，夫妻倆借回國省親的名義，于1951年4月15日離開舊金山，乘船回到中國。他原計劃進一步用三中心模型進行有機分子的從頭計算(當時只有氫分子有量子化學計算)，但因為要回國，該計劃被迫擱淺。后來徐光憲在北京大學招收了第一個研究生方國光，研究方向是量子化學。方國光的論文分為旋光理論和氫分子新的變分法處理兩部分。但由于那時缺乏計算機，難以深入開展量子化學方向的研究，徐光憲轉(zhuǎn)向研究配位化學。1955年，徐光憲在《化學學報》上發(fā)表了“旋光理論中的鄰近作用”，揭示了化學鍵四極矩對分子旋光性的主導作用，在旋光理論的鄰近作用上，他解釋了前人對旋光度的計算結(jié)果之所以遠小于實驗值的主要原因，在于導致物體的旋光現(xiàn)象的鄰近作用不應該是分子中的各個原子，而應是各化學鍵對于生色團電子的微擾作用；提出在旋光度的計算中，共價單鍵可以看作是由兩個處于鍵端的正電荷和一個以單中心狀態(tài)函數(shù)表示的電子云所組成。

答案可能就在這里：當年徐光憲趕在“禁止中國留學生歸國”法案生效之前匆匆回國，沒來得及將博士論文整理成文章在國際期刊發(fā)表；歸國之后，他立足國家需要、多次轉(zhuǎn)變科研方向并相繼取得一系列重大成果；除了1955年在化學學報上發(fā)表的“旋光理論中的鄰近作用”，之后他再也沒有機會涉足這個方向。徐光憲沒有因此得到任何國際贊譽，是那個特殊年代由于冷戰(zhàn)時期處于與世隔絕狀態(tài)的愛國的中國學者為之付出的代價。通過美國科學家和徐光憲的突破性工作，羅森菲爾德理論獲得決定性的成功，在手性光譜和手性材料中的應用已經(jīng)逐漸普及，經(jīng)過漫長歲月考驗的羅森菲爾德方程，更顯示出它的創(chuàng)立者的科學預見性。

當年，愛因斯坦回憶起“當美麗的(廣義相對論場)方程最終出現(xiàn)、正確預測水星的歲差和星光的彎曲，大開眼界的時候”，感慨萬千[28]：“多年在黑暗中尋找一個可以感知但無法表達的真理的歲月，強烈的欲望以及信心和疑慮的交替，直到突破后得到清晰的理解，只有他自己經(jīng)歷過的人才知道這一切的艱難”。

與羅森菲爾德不同的是，徐光憲到晚年依舊對手性光譜這個課題戀戀不舍，2010年8月8日他在給筆者的郵件中寫道：“我在《化學學報》，1955年，卷21，頁14–22上發(fā)表過一篇文章‘旋光理論中的鄰近效應’，可供參考。對于旋光理論和手性，我曾很感興趣，但因適應國家需要，多次改變研究方向，所以1955年以后不再研究了。旋光和手性的問題，現(xiàn)在已是理論化學、配位化學、藥物化學、手性合成、生命起源，乃至宇稱是否守恒等交叉領域的發(fā)展前沿，祝你在這一領域取得成功”。

4 羅森菲爾德傳奇的一生

前文中我們已經(jīng)見證了羅森菲爾德遍訪歐洲武林高手刻苦學習和鉆研，從而不斷擴充知識儲備并融會貫通，對旋光理論的量子力學詮釋做出了里程碑式的貢獻。這位來自比利時礦區(qū)的孩子究竟是如何成長為科學大家的？他的人生軌跡同樣值得關注[16–21,26,36]。

1904年8月14日，羅森菲爾德出生在比利時瓦隆地區(qū)沙勒羅瓦的礦區(qū)，是獨生子。比利時主要由位于北部的講荷蘭語的弗拉芒大區(qū)，以及位于東南部講法語的瓦隆大區(qū)組成，這兩個區(qū)域的語言和文化截然不同。羅森菲爾德的父親(Léon Rosenfeld，1872–1918)是從圣彼得堡移民到比利時的俄羅斯裔猶太人，羅森菲爾德的母親是比利時人。老羅森菲爾德是一家電氣公司的工程師和發(fā)明家。這個家庭似乎與俄羅斯的親戚沒有聯(lián)系，但由于父親的俄羅斯背景，使得小羅森菲爾德對俄羅斯和俄語好奇且感興趣。老羅森菲爾德的猶太移民背景對小羅森菲爾德也有影響。父親與猶太群體保持著一定距離，他們家住在非宗教區(qū)，小羅森菲爾德是無神論者。父親的行為或許使得在小羅森菲爾德身上找不到外來移民標識，也使得他后來與比利時若即若離。

羅森菲爾德一家住在滿是豪宅的林蔭道上，從后院可以看到貧民窟，不遠處是一座煤礦，經(jīng)?？梢钥吹较掳嗟牡V工連基本的洗漱都沒有，黑著臉就回家了。羅森菲爾德家里的女傭是礦工家的女兒，他的母親有時會去礦工那里，給他們送些舊衣服，羅森菲爾德也跟著一起去，所以對那個非常惡劣的環(huán)境有記憶。這些小時候的觀察和經(jīng)歷使羅森菲爾德對當時所謂的“社會問題”、工人的狀況、階級差別等有敏銳的感覺，為他后來成為馬克思主義者埋下了伏筆。

在礦區(qū)長大的小羅森菲爾德剛14歲，父親因工廠的事故突然身亡。那是第一次世界大戰(zhàn)期間，當時德國人占領了電氣廠，所有的工程師都辭職了，拒絕為德國人工作，因此工程師們另有時間發(fā)明一種新的電爐系統(tǒng)。不幸的是，父親在做實驗時，因為一個錯誤操作，使得熔化的金屬掉進了水桶里，引起可怕的爆炸，其他人都被沖擊波甩在了地上，工頭也被燒得相當嚴重，但他們都活下來了；而父親卻摔了一跤，頭撞到了某個金屬物體上，頭骨骨折，幾個小時后就死了。

這一痛苦的變故使小羅森菲爾德快樂的少年生活戛然而止。之前他一直以擅長發(fā)明的父親為榜樣，注意到“他能計算出一根電線應該有多粗才能承載一定的電流，這在我看來是如此美妙。我覺得這很浪漫”。另外羅森菲爾德也有他自己的樂趣，除了數(shù)學和物理，他對歷史上的一切，希臘語和拉丁語，還有自然史都感興趣。他熱衷收集昆蟲和花，還收集郵票，他自詡“一直是個大收藏家”。

雖然失去父親，但小羅森菲爾德卻在一個不是特別富裕，但也并不貧窮的溫馨家庭里長大。根據(jù)羅森菲爾德的女兒Andrée回憶，老羅森菲爾德去世后，由舅舅照顧小羅森菲爾德和母親。對于一個男孩成長的過程來說，父親這個角色是不能缺位的，即便父親缺位了，在生命中一定會有別人來代替父親這個位置。對于羅森菲爾德來說，很幸運的就是在他的少年時期，有一位好舅舅在他后來的生活中扮演了一位父親的角色；而在他成年后，也遇到不少熱情提攜、如師如父的恩師。

羅森菲爾德與母親非常親近，對她承擔了很大的責任。20世紀30年代，當他在哥本哈根間歇性工作時把母親帶在身邊。之后母親患了重病，二戰(zhàn)期間他從荷蘭回比利時探親遇到很大麻煩。戰(zhàn)后，他把母親帶到了曼徹斯特。

但父親的英年早逝還是極大地影響了他對讀書的選擇和性情。他早年的興趣在于歷史、希臘語、拉丁語和自然史，父親去世使他把學習方向轉(zhuǎn)向自然科學和數(shù)學，“要像父親那樣”，盡管當時在比利時從事科學領域的前景黯淡，而不少中學老師和他的母親也反對他的選擇。

即使少年時期的學習興趣轉(zhuǎn)向，但羅森菲爾德的背景和對人文科學的興趣在他后來作為物理學家的道路上留下印記。他之所以能從后來的物理學家同行中脫穎而出，在于他能從更高層次上看到的哲學意義并追溯到物理學的基本概念。早在學生時代，羅森菲爾德就發(fā)表了不少科學史的小作品。無論他在哪里工作，不管是在列日大學、荷蘭烏得勒支大學、英國曼徹斯特大學或丹麥哥本哈根，他既作為物理學家和天體物理學家，也從事哲學和科學史的工作。

“我自己也很奇怪，為什么會決定要做理論物理，因為那時我能見識的理論物理很少。但是，我已經(jīng)得到了這樣的想法，它是如此美妙，你可以得到這種數(shù)學和物理現(xiàn)象之間的對應關系，而你可以想象，尋找這些關系是最有趣的事情”。1963年，在接受美國科學史家托馬斯·塞繆爾·庫恩(Thomas Sammual Kuhn)和約翰·海爾布朗(John Heilbron)采訪時，羅森菲爾德談到，“當我開始思考理論物理學的時候，父親已經(jīng)去世了，那時我大概14歲，也就是開始思考要做什么的時候”。

羅森菲爾德對當?shù)氐闹袑W教育還是相當滿意的，他回憶起一位非常了不起的中學數(shù)學老師對孩子們的投入：“正常的課程在早上八點開始，但他安排我們這些有興趣的人在七點來上課。他親自來給我們講了一門比普通課程高級得多的幾何學課程，所以當時我們就知道了所有關于投影幾何學的知識，也知道了所謂的三角形的幾何學”?！暗锢順O差，物理課絕對是災難性的”。至于中學的化學，羅森菲爾德認為：“化學更有刺激性，因為在化學中你能看到事情發(fā)生。我們做了一點吹玻璃和實驗，我在家里的地窖里做實驗”。但這位化學老師，卻在羅森菲爾德要離開學校時，把他拉到一邊，說：“我想給你一個建議，不要去做科學，因為這是最糟糕的職業(yè)。去做工程吧。如果你去學理科，你會過得很悲慘”。另一位老師也把羅森菲爾德拉到一邊，倒是想勸他去學語言學。但羅森菲爾德拒絕了這兩位老師的勸說，決定去學理科。他的母親在這方面沒有經(jīng)驗，所以不知道該怎么辦，相當痛苦。因為大家都說學理科是最糟糕的想法，當時的夏勒羅瓦是比利時的國家工業(yè)中心之一，那里的傳統(tǒng)是把工程師這個職業(yè)看作是可以追求的最高目標。

“最優(yōu)秀的人都去了工科，而對科學有興趣的人可能會去教書，成為絕對較低的層次，這是我在德國、法國或英國沒有遇到過的情況”。這種狀況讓庫恩非常驚訝，這也是羅森菲爾德對當時比利時的大學教育非常鄙視的主要原因之一，他認為“那是一個非常悲慘的局面”。

盡管很不情愿，但羅森菲爾德是個孝順的孩子，他還是遵從母親的意愿，在列日大學，而不是條件更好崇尚學術自由的布魯塞爾大學，完成了他的本科到博士的學業(yè)。他對庫恩說：“我也可以去布魯塞爾，甚至更好的大學。但我的父親來自列日的工程學校，我的母親一直有這樣的想法，認為我想成為科學家的狂熱會過去的，所以我至少還有兩年的時間在工程學校下定決心，她悄悄地希望我屆時會決定繼續(xù)學習工程，那么肯定列日是當時最好的工科學?！薄?/p>

作為獨生子，且要聽從母親的囑托完成學業(yè)，但羅森菲爾德還是沒有放棄自己對理論物理的追求，這一點讓庫恩非常欽佩：“在我看來，你真的頂著所有的障礙，在得到的鼓勵那么少的情況下，還能堅持這個計劃，實在讓我非常驚訝”。庫恩很感慨：“你顯然有一些想法，以后會不一樣”。

如同庫恩所言，以后的發(fā)展，果然不一樣！得益于他一路上遇到的良師益友。

1922年，羅森菲爾德開始在列日大學學習數(shù)學和物理學，1926年他以優(yōu)異的成績博士畢業(yè)。學習期間，他與同學波利多?斯旺斯(Polydore Swings)建立了持久的友情，斯旺斯后來成為該校的光譜和天體物理學教授，也是羅森菲爾德夫人伊馮娜?卡布雷西亞(Yvonne Cambresier)攻讀博士學位的導師。

比利時在工科方面有很深的傳統(tǒng)，但這個國家的現(xiàn)代物理卻相對落后。在接受庫恩采訪時，羅森菲爾德關于他的物理學家生涯的第一句話是這樣說的：“你看，我是比利時人”。羅森菲爾德認為，他在比利時接受的教育水平非常低，他并不具備從事理論物理研究的最好起點。當時的學生們既沒有接觸到相對論，也沒有被教授量子物理，他在學校的最后一年只好自學了這些專題。

羅森菲爾德坦誠：我是一個非常認真的學生，即使課程是如此枯燥，我也沒有錯過任何一節(jié)課；所以我的大部分時間都是在講座和實用課程中度過的。有實用的天文學、歷史學；有數(shù)學、物理學、化學、晶體學、天文學和大地測量學。這是一種全方位的教育。

在列日大學學習期間，天文學家、拓撲學教授馬賽爾?德哈魯(Marcel Dehalu)對羅森菲爾德和斯旺斯特別照顧，德哈魯從不限制羅森菲爾德的活動或影響他的工作方向，是羅森菲爾德人生中的一位關鍵老師。當羅森菲爾德在1949年獲得法朗基獎時，特別感謝了德哈魯教授一直以來對他的鼓勵、指引、支持和同情，羅森菲爾德還感謝了在他自學期間那些讓他夢想成真的人。

畢業(yè)后，羅森菲爾德在德哈魯教授的幫助下，獲得了比利時政府、大學基金會和列日大學的獎學金，在著名的巴黎高等師范學院繼續(xù)學習物理學。在那里他選修了保羅·郎之萬、萊昂·布里淵和路易·德布羅意等物理名師的課程，并得到了他們的指導。除了物理和數(shù)學，他也有興趣去了解巴黎大學的科學和哲學歷史的強盛傳統(tǒng)。在那里，羅森菲爾德修讀了阿貝爾·雷伊的希臘科學講座。不過，羅森菲爾德的主要興趣還在于理論物理的最前沿——量子力學和相對論的結(jié)合，同時他還與德布羅意一起短暫工作。據(jù)羅森菲爾德所言，來自貴族家庭的德布羅意極其靦腆，甚至遠離巴黎的其他物理學家，但并不妨礙同樣羞怯的羅森菲爾德與他建立良好的關系。至于量子物理學的最新進展，除了德布羅意的貢獻外，巴黎并沒有走在前列。量子力學先驅(qū)德布羅意，是羅森菲爾德試圖理解新量子理論并與之討論的第一位物理學家。德布羅意在1923年提出物質(zhì)顆粒就像電子也具有類似的波粒二象性，并給予這類粒子波長的概念，即德布羅意波。正是基于此，幾年以后由埃爾文?薛定諤把德布羅意波表達成薛定諤方程，建立了波動力學理論。與德布羅意合作，羅森菲爾德進行了結(jié)合相對論和波動力學的工作，發(fā)展了五維波動方程。與此同時，瑞典物理學家奧斯卡·克菜恩也獨立進行了類似的工作。

在巴黎期間(1926–1927年)，羅森菲爾德除了理解量子理論，他的政治和社會意識開始覺醒：“我第一眼看到了社會問題和國際政治關系……。只有在巴黎才可以聆聽到人們興致勃勃的討論，我意識到這是一個值得思考的問題”。當時，巴黎高等師范學院的研究生和教授們對科學與社會主義的結(jié)合產(chǎn)生了濃厚的興趣。在郎之萬于法蘭西學院的統(tǒng)計力學講座上，羅森菲爾德很快就結(jié)識了物理學專業(yè)研究生雅克·所羅門(Jacques Solomon，所羅門后來成了郎之萬的女婿)，并成為摯友。他們分享了融合量子理論、相對論和量子引力的興趣，合作發(fā)表了關于輻射的量子理論的兩篇文章。所羅門是一名激進的社會主義者，他儼然成了羅森菲爾德結(jié)合科學和社會興趣以及后來成為馬克思主義者的引路人。他介紹羅森菲爾德加入在巴黎的頂尖科學家的左翼組織，其中有郎之萬、居里夫人、伊蕾娜·約里奧-居里夫婦、讓?佩蘭等。作為回報，羅森菲爾德在20世紀30年代初安排所羅門訪問哥本哈根的玻爾研究所時，起到了重要作用。所羅門在1931年完成的博士論文，部分基于他在哥本哈根的工作。此論文致謝了他的妻子，岳父郎之萬和羅森菲爾德。論文內(nèi)容涉及電動力學和量子理論，足以證明他是那個時代的偉大物理學家之一。令人痛心的是，1942年3月，所羅門和他的妻子海倫因積極參加法國抵抗運動被捕；1942年5月23日，他被納粹槍殺，年僅34歲。

總之，在巴黎這段時間的社會、政治和思想上的發(fā)酵，給了羅森菲爾德動力，很快使他從思想上更積極地參與到馬克思主義的研究中來。然而，說回新物理，郎之萬卻警告羅森菲爾德最好離開巴黎。因此羅森菲爾德開始尋找機會去哥廷根繼續(xù)研究，那里有更多量子力學的新范式和數(shù)學問題被提出。關于五維波動方程的工作使羅森菲爾德結(jié)識了布魯塞爾的物理學家、數(shù)學家德·頓德爾，他是相對論和引力理論方面的專家，也是羅森菲爾德的恩師和伯樂。他邀請羅森菲爾德到布魯塞爾工作，但羅森菲爾德仍想出國深造。1927年夏天，羅森菲爾德與德·頓德爾在布魯塞爾一起工作一個月。當年10月召開的索爾維會議上，玻恩允諾羅森菲爾德加入“哥廷根學派”，使他如愿以償。

1927–1929年，羅森菲爾德在哥廷根擔任玻恩的助手。據(jù)他回憶，這也是他開始研究卡爾?馬克思的《資本論》的時期。隨后，他加入了泡利在蘇黎世的小組，并在該小組工作了一年(1929–1930年)。在他去蘇黎世之前，羅森菲爾德曾問過玻爾和愛因斯坦是否可以和他們一起工作。愛因斯坦很歡迎他：“我很高興就你提到的話題(量子力學和相對論之間的關系)，你將會和我一起工作”。很可能是羅森菲爾德沒有申請到研究基金，他并沒有獲得和愛因斯坦一起工作的機會。

玻爾和羅森菲爾德第一次見面是在1929年復活節(jié)舉行的第一次哥本哈根會議上。但根據(jù)羅森菲爾德回憶，當時玻爾太忙了無法給他一個承諾。從1930年開始，羅森菲爾德在列日大學獲得講師職位后開始協(xié)助玻爾，根據(jù)玻爾的時間方便，在哥本哈根和列日之間往返，直到1940年戰(zhàn)爭爆發(fā)為止。

當?shù)弥_森菲爾德計劃離開哥廷根去哥本哈根學習時，玻恩立刻抱怨玻爾偷走了他的得力助手。不過，當澄清事實后，玻恩還是熱誠并全身心地向玻爾推薦，認為羅森菲爾德是一個能廣泛閱讀、刻苦認真且聰明的好人。羅森菲爾德和玻恩之間互相敬重，他們的溫馨友情一直持續(xù)到1970年玻恩去世。20世紀50年代，他們的通信涉及政治和意識形態(tài)，有深入熱烈的討論。

1932 年 12 月，羅森菲爾德與比利時天體物理學家馮伊娜訂婚。在列日期間，羅森菲爾德經(jīng)常參加他大學時代的摯友斯旺斯教授組織的研討會，認識了馮伊娜，當時她正在寫博士論文，研究恒星大氣中的分子豐度。羅森菲爾德以一種輕描淡寫的方式向他在哥本哈根的好友宣布了他們訂婚的消息：“關于我自己，我的新情況中唯一值得注意的細節(jié)是，我和一個女學生訂婚了，幾個月前在這里認識的。我授權你在我們的朋友中傳播這些消息”。羅森菲爾德與馮伊娜博士于1933年7月8日舉行了婚禮，馮伊娜是首批獲得歐洲大學物理學博士學位的女性之一，他們后來育有一對兒女。馮伊娜還協(xié)助羅森菲爾德在1956年創(chuàng)辦的《核物理學》雜志的編輯工作。有人說，伊馮娜是羅森菲爾德巨大的、永不枯竭的工作精神所不可缺少的支柱。

20世紀30年代，在羅森菲爾德加入哥本哈根玻爾周圍的物理學家群體的同時，馬克思主義世界觀也逐漸成熟。這一時期，他的馬克思主義觀點主要在歷史著作中表達和發(fā)展，歷史研究也是他接觸到量子物理學悖論的一種方式。研究這一理論的歷史淵源，使他能夠更好地理解這一理論。

在第二次世界大戰(zhàn)的困難時期，羅森菲爾德在荷蘭烏得勒支大學擔任理論物理學教授。戰(zhàn)后他在荷蘭、比利時和英國的左派報紙和期刊上發(fā)表文章和給編輯的信，廣泛表達了自己的政治觀點。他還積極參加各種左翼組織，如世界科學工作者聯(lián)合會和荷蘭科學研究者聯(lián)合會。1947年，羅森菲爾德在曼徹斯特獲得了理論物理系主任的職位，1958年前往哥本哈根新成立的北歐理論原子物理研究所(NORDITA)任職，留在哥本哈根直到1974年去世。

5 結(jié)語

自阿拉果于1811年發(fā)現(xiàn)光學活性現(xiàn)象，迄今已有200多年，而半個多世紀前在倫敦伯靈頓公館召開的第三次手性光譜國際會議，科學家的談笑風生恍如昨天。雖然羅森菲爾德從未參加過這個系列會議，但他在后兩次會議上已經(jīng)成為了話題中心，這該是怎樣的一種榮譽？

回顧科學家對自然光學活性認知程度的螺旋形上升與經(jīng)典物理光學以及量子力學、量子化學發(fā)展過程的糾纏交織，終于可以理出手性光譜理論發(fā)展的一條比較清晰的脈絡(圖2)。量子力學與手性光譜理論，相伴而生、相輔相成、密不可分。在崎嶇的科學道路上一路走來，菲涅爾、巴斯德、德魯?shù)?、愛因斯坦、玻恩、羅森菲爾德、柯克伍德、莫菲特、徐光憲、蒂諾科等，窮盡一生的修煉和拼搏，成為全能科學大家。我們欣喜地發(fā)現(xiàn)，在這份長長的科學群英譜中，也閃耀著中國科學家徐光憲的名字！

感謝前輩們在黑暗和泥濘中前赴后繼的摸索和鍥而不舍的辛勞付出，使得筆者基本能看懂需要足夠?qū)I(yè)知識(包括量子化學、物理化學、結(jié)構(gòu)化學、配位化學和群論等)才能理解的手性光譜發(fā)展的細節(jié)，從而非常享受在幾十年的教學科研工作中對手性立體化學和手性光譜學的研究樂趣和美感。

在《超乎想像的化學課》一書中，英國倫敦大學化學系講師約翰?巴金漢(John Buckingham)說得極好[59]：“許多人以為，科學需要一個又一個絕世天才……才得以傳承下去。這種想法距事實甚遠。這些人的發(fā)現(xiàn)，即便當時沒有提出，幾年后也會有別人提出，也許是化零為整或出自偶然的方式。我們傾向崇拜最有天分的人，對稍微黯淡的角色也許不夠肯定……貢獻最大的不是個別的天才，而是當時的智力氛圍及實際環(huán)境，可以讓稍具才智之士都能開花結(jié)果，互相造就彼此的成功”。

在英雄輩出的科學領域，既有一浪高過一浪的高潮迭起，也不乏逆流險灘。風云變幻、時過境遷，當年的哥廷根學派、哥本哈根學派、羅馬學派等造就的大批科學英杰的身影雖漸漸淡去，但他們推動人類對微觀世界的認知卻得以代代傳承。掩卷沉思，帶給我們無限感慨：前輩為后來者創(chuàng)造合適的科學氛圍和環(huán)境，培養(yǎng)他們成為數(shù)理化兼?zhèn)涞膹秃闲腿瞬?，激勵他們突破認知能力的極限，勇攀科學高峰，互相造就彼此的成功，因此也化解了手性光譜研究的難題。羅森菲爾德的故事，在今天看來仍意味深長、意義深遠。