您是二代学人，不是量子物理学家的媒人。
郭庆 南开大学
1927年，第五届索尔维会议召开，这是物理学史上的一次盛会。对于熟悉物理学史的人来说，照片中很多人的面孔哪怕稍有模糊，也能很快辨认出来。但有些人似乎并没有那么出名。后排右二的拉尔夫·福勒就是其中之一。从照片上看，福勒甚至看起来像个群众演员，但这个独自坐在“第四排”的人，在物理学史上的影响力丝毫不逊于前排的那些“大佬们”。
▲第五届索尔维大会，福勒在右边角落，身穿灰色西装
标准开局：从富家子弟到杰出科学家
从伦敦前往剑桥有很多种方式，每半小时一班的城际列车是很多人的最爱。沿途有一个不为人知的车站——罗伊登（），每天上下车的人不足300人。在英国历史上，这是一个不为人知的村庄，直到1889年福勒出生，它才在历史上“留下印记”。
▲西英格兰线的一端在伦敦，另一端在剑桥，现在是一条通勤线
福勒是典型的“富二代”。父亲高中就读于贵族学校，随后就读于牛津大学新学院，毕业后进入法律和金融圈，母亲也出身于富商家庭。然而这样的家庭背景并没有让福勒的生活一帆风顺。为了给孩子最好的教育，福勒的父母把每个节假日都安排得十分忙碌。13岁那年，福勒进入温彻斯特公学，与哈代、汤因比等人成为校友。作为英国最负盛名的公立学校，福勒此时已经一只脚踏进了牛津和剑桥的大门。很快，福勒就发现了自己在数学和自然科学方面的天赋。1908年，19岁的福勒进入三一学院学习数学。
在剑桥学习数学需要在三到四年的时间里通过三门数学考试，每门考试四次，每次考试时长为三小时。幸好哈代在第二年改革了考试，将三门考试改为两次。1911年，福勒通过了第二部分的考试，获得了学士学位。毕业后，在哈代的影响下，福勒继续从事数学研究，并于1913年获得瑞利奖，1914年成为三一学院的研究员。
▲2023第二部分试卷1问题1：判断这些方程是否有确定的解
1915年底，阿奇博尔德·希尔受邀为军队研制一种测定飞机高度的仪器。此时，在战场上受伤的福勒因为数学天赋而被召入小组。在希尔的指导下，福勒感受到了将数学计算应用到现实物理世界的乐趣，并选择将兴趣转向数学物理。一战结束后，福勒依然致力于空气动力学的研究。另一方面，在希尔的关照下，福勒成为小组的副组长，负责小组大部分的实际运作。在这里，福勒展现出了他在科学合作和人际关系方面的天赋。当时的同事、后来撰写福勒讣告的米尔恩认为，“他有一种将自己投入到他人利益中的能力”。当人们带着问题与福勒讨论时，他总能从提问者忽略的地方开始讨论留学之路，让他们精神饱满地离开。
▲ 希尔（1886-1977）阿奇博尔德·希尔
卢瑟福：从好友到岳父
1919年，福勒从军队回到三一学院，进入卡文迪什实验室工作。福勒一直认为希尔是改变他命运的关键人物，但如果放眼整个物理学史，卢瑟福对他的一生乃至整个物理学史的影响更为深远。
熟悉奥本海默早年生活的人都知道，这种痛苦的直接来源是卢瑟福是一位实验主义者，对抽象的数学理论没有耐心，而奥本海默则恰恰相反。如今福勒来到卡文迪什，恰好又擅长数学。即使在1919年之后，福勒也再也没有做过任何物理实验。按照常理，肯定是他和卢瑟福互相看不顺眼，其中一人会陷入精神疲惫（反正不可能是卢瑟福），就像后来的奥本海默一样。然而，两人并没有对抗，而是互相吸引……米尔恩认为：“卢瑟福的毅力和天赋吸引了福勒，而福勒惊人的多才多艺和对别人提出的问题集中精力的能力也吸引了卢瑟福。”1921年，卢瑟福甚至将自己的独生女艾琳·玛丽（Mary，1901-1930）嫁给了福勒。 福勒从“富二代”变成了“学二代”，并成为大师卢瑟福最亲密的朋友之一。
▲1928年，福勒与妻子艾琳·玛丽。
1920年，回到三一学院后不久，福勒就开始研究量子问题。由于卢瑟福和玻尔的关系，福勒很容易就和玻尔建立了亲密的关系。1923年，福勒向玻尔要了一本《量子理论》。玻尔不仅寄了一本，还把自己的理解写下来。通过书信和访问哥本哈根，福勒密切关注着量子理论的新进展，事实上成为剑桥传播量子理论的主要推动者。此外，由于剑桥大学的规定，理论物理学家都在数学系，和卡文迪什实验室关系不大。福勒和卢瑟福的关系也使福勒成为剑桥理论物理和实验物理之间的重要纽带。
你可能会觉得，过多地描述福勒的人际关系可能会掩盖福勒的科学成就。我们需要花些时间来介绍福勒的研究贡献。从转向理论物理以来，福勒的兴趣非常广泛，包括量子理论、统计力学、气体动力学、磁学、核物理、天体物理和物理化学。从科学角度来看，福勒的主要贡献包括福勒-达尔文方法和白矮星中的物质分布。
▲福勒留下的照片不多，这是为数不多的半身照之一
1922年物理学家33马，福勒与C.G.达尔文（查尔斯·达尔文的孙子）合作，发展了一种利用平均概率推导分布函数的方法，并将其推广到处理高温下电离气体的平衡态。当时，物理学家对用物理和化学方法分离电子和原子仍持怀疑态度。福勒利用统计力学证明了公式和计算的有效性，填补了这一领域的空白。此后，福勒将这些方法应用于量子化学研究，指导了包括约翰-琼斯在内的几乎所有英国量子化学先驱。
同年，福勒与米尔恩开始合作研究天体物理学，包括恒星吸收线和恒星电离理论。福勒一生最原创的理论来自天体物理学。1926年，福勒基于量子统计证明白矮星是由高密度简并气体组成，白矮星也会毁灭。后来，他的学生钱德拉塞卡继续发展他的理论，发展了黑洞理论。福勒因此成为现代天体物理学的奠基人。
即使在这些研究中，福勒的社交才能也使研究进展迅速。一般来说，论文的原创想法通常是别人的，但福勒能够快速消化和发展这些想法，从而迅速推动研究进展，福勒也因此成为一项研究的正式合作伙伴。米尔恩描述了与福勒一起工作的感受：“他把科学研究变成了一件光荣而快乐的事情，并认为与他一起工作是世界上最美好的事情。他是一个伟大的享受者，他让其他人也享受它。”
▲ 的 30 篇论文中有 23 位共同作者（并非全部）
在那个波澜壮阔的科学革命时代，福勒或许意识到自己的天赋不足以支撑他与那些天才相抗衡，他的优势是科学兴趣广泛、社会才能高、科学家人脉广，所以他可以用另一种方式推动科学进步，这种方式就是俗称的“专家引导”。
从狄拉克到杨振宁，福勒的学术“网络”
1922年，福勒成为剑桥大学刚刚设立的数学物理博士学位课程的唯一研究生导师，这标志着他指导学生的开始。福勒的第一位学生是古根海姆（），他也是他的重要合作伙伴。1925年，福勒与古根海姆合作，将电离理论应用到恒星内部。1939年，古根海姆参与出版了福勒的《统计热力学》，书中收录了大量前人合作的成果。这种与学生保持良好合作关系的师生关系贯穿了福勒的指导生涯。
同时，作为当时剑桥大学量子力学和数学物理的代表人物，福勒很快得到了年轻人的青睐。从1927年开始，福勒每年都会招收4名以上的博士生，1932年他一度招收了9名。这意味着大多数时候，福勒手下都有至少10名博士生在进行研究。面对如此多的学生，福勒知道自己无法亲自指导他们，但又无法接受放任自流的指导方式。此时，福勒丰富的学术兴趣和学术人脉再次成为他的帮手，他根据学生个体需求为他们选择课题，并在他们需要的时候给予鼓励和职业支持。狄拉克就是这种个性化指导方式的典型受益者。
▲福勒注册博士生名单，FRS代表皇家学会院士（ of the Royal ），OM代表功绩勋章（Order of Merit）（每次最多授予25人），NP代表诺贝尔奖，Kt.代表爵士（Sir）。
1924 年，狄拉克成为福勒的博士生。此前，狄拉克最初学习的是电气工程，由于找不到工作，他选择继续在布里斯托大学免费学习数学，在此期间他对相对论产生了浓厚的兴趣。当狄拉克来到剑桥时，他已经掌握了相对论及其背后的抽象数学工具，但福勒让他接触了原子理论，并向他介绍了玻尔的理论。
1925年，海森堡在剑桥的卡皮察俱乐部做矩阵力学讲座，狄拉克因休假缺席。事后，福勒将海森堡的论文寄给狄拉克，这成为狄拉克发展量子力学基本数学框架的起点。从此，狄拉克的研究如火如荼，一发不可收拾。1926年获得博士学位后，福勒将他推荐到哥本哈根。到了1927年，狄拉克已经因为多项开创性的工作而受邀参加第五届索尔维会议。拍照时，他坐在第二排C位置，在爱因斯坦的右后方。
▲狄拉克与爱因斯坦的相对位置
对于狄拉克来说，虽然相对论是他的初恋，但量子力学才是他的终极归宿。将科学家与适合他们的理论联系起来，成为了福勒最喜欢做的事情。他成为了这些科学家的导师，成为了科学家与理论之间的“媒人”。在随后的岁月里，福勒还将这种指导延伸到了剑桥物理的各个方面，比如在卡皮察俱乐部介绍量子理论，或者在奥本海默感到困惑时建议他向狄拉克学习量子力学。
这种指导取得了很好的效果。从1922年到1940年，福勒共指导了64名博士生，其中15人成为英国皇家学会院士，1人成为英国皇家学会外籍院士，3人获得诺贝尔物理学奖。在学术职务方面，有两人成为剑桥大学各学院院长，至少两人成为该校副校长，一人成为英国皇家学会会长。
但实际上，这些学生的成就远非如此。福勒的指导还影响了中国物理学的发展。1934年，向往量子力学的王竹溪想跟随狄拉克进行量子力学研究。但狄拉克并没有收徒的意思，也不擅长指导学生。因此，当时的周培源等人希望王竹溪到福勒那里去研究量子力学。福勒最终接受了王竹溪，但要求他从事统计力学的工作。回国后，王竹溪在西南联合大学教物理。1942年，为了写硕士论文，杨振宁敲开了王竹溪的门。在王竹溪的指导下，杨振宁写出了统计力学的论文，这成为杨振宁此后几十年的主要研究方向之一。
杨振宁的另一个研究方向——对称性，也和福勒有关。1948年，福勒的儿媳（布朗）和儿子（彼得）在实验室里发现了τ粒子的踪迹。这是一种自旋、质量、寿命、电荷等都和θ粒子一样，但衰变方式不同的粒子。1956年4月，科学家针对这一奇怪现象召开了学术会议，有人谨慎地提出，宇称是否可能不守恒。几个月后，两位与会年轻人告诉世人，宇称确实不守恒！
▲1936年，李国鼎、王竹溪、张文宇、钱林照四人在英国骑行
科学联系
王竹溪在剑桥读书时，福勒工作繁忙，无暇直接指导他，大部分时间都由另一位导师罗伯茨（约翰·基思 饰）指导。除了指导的学生数量众多外，福勒无法长期亲自指导学生的另一个重要原因是他以科学联络人的身份生活。
借助庞大的关系网，福勒把他认为合适的人联系在一起。除了通过玻尔联系上狄拉克、海森堡，福勒还通过指导或合作的方式影响了爱丁顿、钱德拉塞卡、米尔恩、伯莎·斯瓦尔斯（）等人。当然，把自己的学生和同事的成果与合适的学会和期刊交流是福勒的日常工作。这不仅为身边的人提供了早期的职业支持，也大大拓展了福勒的朋友圈。1927 年的第五届索尔维会议对大多数人来说是一场物理盛宴，但在福勒的学生麦克雷（）眼中，那不过是他社交范围的一次展示。
▲1930年，福勒与爱丁顿、卢瑟福和G.I.泰勒一起打高尔夫球[1]
1938年，福勒因其协调能力和人际关系能力物理学家33马，接替布拉格担任英国国家物理实验室主任[2]，布拉格又接替卢瑟福担任卡文迪什实验室主任。不过，福勒在就职前就因中风辞去了这一职务，在家休养，但随后爆发的战争又让福勒重返岗位。他先是参与了剑桥的撤离，又被借调到军械委员会参与各种咨询活动。1940年，由于拥有广泛的科学家人脉，福勒被选中建立英国战争部门与加拿大部门之间的科学联系，目的之一就是“让科学家在政府面前战斗”。
我们不知道福勒在加拿大究竟做了什么，只知道加拿大国家研究委员会高度评价了福勒的工作，并对英国在关键时刻派福勒来表示感谢。被派往加拿大几个月后，福勒就被调往美国。其实，福勒和美国科学界的关系更为密切，早年曾在几所美国大学担任讲师，他之所以不能亲自指导王竹溪，原因之一就是他经常在美国讲学。如今，福勒已经参与了美国物理学家之间的许多讨论，尤其是利用他的知识和影响力推动和加速核研究的相关工作。1942年，福勒回到英国，荣获骑士勋章。同年，受到福勒指点的奥本海默成为了曼哈顿计划秘密实验室的负责人。
同年，福勒再次中风，并最终在两年后去世。努力联系不同的科学家，让他们进入适合自己的领域，几乎成了福勒一生的主旋律。因此，麦克雷评价福勒的一生是：“一个在正确的时间和地点创造的奇迹，事实上，是一个正确的超人。”米尔恩的评价则更直接：人类中的天才！
注解
[1] 泰勒的堂兄叫韩春，是杨振宁的学长。
[2] 请记住，除了第一次世界大战期间外，福勒从未进行过任何物理实验。
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