Born 和 Wolf 著作《光学原理》的写作过程
玻恩和沃尔夫合著的《光学原理》的前身是玻恩1933年出版的德文书《Optik》，源于玻恩在哥廷根大学光学课上的笔记。不过，作为格子动力学理论和量子力学的大师，玻恩的第一本教材书是《Optik》还是有点出乎意料。不过事出有因，回头想想，玻恩的光学情结和光学基础都是在哥廷根读书时奠定的。从玻恩的成长和合作契机来看，这本书的出版对沃格特、劳厄、加伯和沃尔夫的影响和帮助都非常重要。
玻恩在哥廷根大学读书，后来担任讲师时，物理系有两位教授，一位是讲授实验物理的里克（Rieke，1845-1915），另一位是主要讲授理论物理的福格特（Voigt，1850-1919）。玻恩自称“从未与里克打过交道”[1]，而福格特则是玻恩在物理学上的引路人之一。
沃格特出生于莱比锡，在物理学的很多领域都做出了重要贡献。1898年，他发现了磁双折射的沃格特效应。1899年，他提出了通常意义上的张量概念。为了纪念他，还引入了沃格特截面和沃格特符号。1887年，沃格特首次给出了静止参考系与x轴方向运动参考系的变换关系（后来被称为洛伦兹变换）。玻恩说：沃格特“对我的科学事业的发展产生了相当大的影响。他开设了一系列课程，涵盖了所有的理论物理，但也有各种实验研究课程，研究光学、磁学和晶体物理。我听过他的光学讲座。起初，我不太喜欢这门课；它的内容清晰易懂，但无休止的计算使它变得枯燥、枯燥、无趣”[1]。于是玻恩想放弃学习这门课。 已经取得博士学位、后来成为著名物理学家的马克斯·冯·劳厄（Max von Laue，1879—1960）来到哥廷根，深入学习一些高级课程。他也选择了沃格特的光学课程。当他得知玻恩要放弃这门课程时，曾极力劝阻，使玻恩没有放弃。后来，玻恩十分感谢劳厄的帮助：“我一直对此心怀感激。因为在这些课程和相关的实验课上，我学到了很多东西。这是一门非常精彩的课程，只有少数高年级学生参加。这门课不仅向学生介绍了光学的基本事实，还介绍了晶体光学、电磁光学和光谱学等复杂现象。我在那里学到的知识奠定了（我知识结构中光学基础的）根基，25年后，这些根基成长为我自己的光学教科书。”（见参考文献[1]第87—88页）。
沃格特不仅培养了玻恩对光学的兴趣，为光学打下了坚实的基础，还对玻恩产生了其他重要的影响。例如，当沃格特研究晶体物理时网校头条，玻恩并不理解沃格特在该领域的一些推导，于是他尝试独立研究该领域。这使得玻恩成为晶格动力学的重要奠基者和权威。
当玻恩成为哥廷根大学物理学教授和领导者时，他的做法与沃格特类似，比如他讲授了几乎所有的理论物理课程，包括光学，同时也注重实验研究。长年密集的教学和科研让玻恩病入膏肓，妻子的恋情更是给玻恩的精神和情感带来了近乎致命的打击，他一度精疲力竭。1928年，他不仅无法继续科研，也无法开展正常的教学工作[2]。1929年春，他重新开始工作，但身体的康复过程缓慢。这成为玻恩写作《光学》一书的契机：“我觉得自己体力还不足以立刻重新做研究。因此，我想把我的一些讲稿写下来，以后再发表。”（见参考文献[1]第241页）。玻恩原本想先写热力学部分，因为他觉得自己在这方面的教学方法比较独特。 但考虑到这部分耗费很大精力，他还是把这部分放在了一边，决定先写光学部分。原因是光学这门课，“我不但笔记写得好，连一些细节都记下来了。”（见参考文献[1]，第241页）
由于对手稿质量的要求很高，博恩发现撰写这本看似事先准备充分的光学书籍并不是一件容易的事。 Born说：“这项工作的辛苦程度不亚于从头开始……我发现当时流行的许多表述方式既不令人满意也不完整，我开始寻求新的方法和结果。但在完成了教学、考试、指导论文等日常工作后，几乎没有时间留给我来写光学书了。因此，我每天早起一点，在课前写这本书。我把光学书的内容口述给两个学生（Lieb，），第二天他们给我带来了可读的手稿；还做了计算和验证工作，准备了大量的图片。这本书超出了我的讲稿的篇幅。在经典方法（即不考虑量子效应）的范围内，它是一本相当完整、全面的光的电磁理论教科书。这本书是在1933年希特勒上台时出版的，自然被视为“犹太物理学”而大量销毁。”（见参考文献[1]第241页）。 玻恩撰写德文版《光学》的严谨态度和寻求最佳表达方式的高标准，使该书有一个非凡的起点，为后来《光学原理》的写作奠定了坚实的基础。
本书出版当年，玻恩不得不离开德国，开始了在英国没有稳定教职的生活，甚至在印度流浪了近一年。1937年，他终于在爱丁堡大学得到了一个稳定的教授职位。之后，他得知这本书虽然在德国被禁，但仍然大受好评。在别人的敦促下，即将退休的玻恩有了重写这本书的想法。敦促玻恩撰写和出版英文光学书籍的人中，就有爱丁堡大学校长。玻恩说：“二战后，爱丁堡大学校长、物理学家爱德华·阿普尔顿爵士告诉我，他在美国买了我那本光学书的影印本。他还说这本书在雷达领域和处理大波长电磁波的传播方面有着广泛的应用。”（见参考文献[1]第241-242页）。然而，在过去的几十年里，光学发生了巨大的变化。 因此，玻恩觉得翻译1933年的光学著作已经没有意义了。于是他决定重写一本光学著作。但玻恩已年事已高，精力有限（因为他当时还在和中国物理学家黄昆合作编写《晶格动力学理论》），已无法独立完成这一课题。玻恩找到了一位年轻的助手兼合作者。这就是埃米尔·沃尔夫（Emil Wolf，1922-），他出生于捷克斯洛伐克的布拉格。沃尔夫当时刚满30岁，是一位在光学方面极有天赋的年轻物理学家。后来，他成为在光学领域享有盛誉的美国物理学家。据沃尔夫回忆[3]，他在1950年听说年近70岁的玻恩要写另一本光学著作，正打算找一位合作者。
在1999年出版的《光学原理》第七版的前言中，沃尔夫说：“有时人们会问我与马克斯·玻恩合作完成《光学原理》出版的情况。感兴趣的读者可以在我的文章《回忆马克斯·玻恩》[4]中找到答案。”沃尔夫的这本回忆录确实是了解玻恩和沃尔夫合作撰写《光学原理》的最重要的文献。在这篇回忆录中，沃尔夫说能与玻恩合作是他一生中“最大的幸运”[3]。沃尔夫讲述了他成为玻恩助手的故事。沃尔夫1948年毕业于布里斯托大学，他的论文指导老师是刚刚被任命为剑桥大学天文台副台长的EH·林福德（1905-1982）。林福德聘请沃尔夫做他的助手。在剑桥工作的两年里，沃尔夫经常去伦敦参加英国物理研究所光学小组的会议。他们的会议大多在皇家学院。丹尼斯·加博尔（Denis Gabor，1900-1979）是会议的常客，他的办公室就在会议所在的大楼里。沃尔夫在这些会议上多次发表他的短文。有时，会议结束后，加博尔会邀请沃尔夫到他的办公室聊天。在聊天中，加博尔对会议上的谈话进行了评论，对沃尔夫的工作提出了一些建议，也介绍了自己的研究工作。加博尔在德国认识博恩，对他非常钦佩。
沃尔夫从加伯口中得知，1950年玻恩正准备写一本关于光学的新书，延续他1933年在德国出版的《光学》的风格，但包括1933年以后20年光学领域的重要新发展；当时玻恩已年近古稀，即将从爱丁堡大学退休，他想寻找愿意与他合作完成编写新光学书计划的现代光学专家。玻恩向加伯请教。起初，加伯和霍普金斯（HH）打算加入这本书的写作计划，加伯邀请沃尔夫写关于光的衍射畸变的文章，这是沃尔夫当时非常感兴趣的课题。后来，霍普金斯发现自己没有足够的时间参与这本书的写作。 1950年10月，加伯在征得玻恩同意后，写信给林福德和沃尔夫，询问林福德是否允许，沃尔夫是否愿意接手霍普金斯的写作任务。经过多次商讨，玻恩最终决定，这本书由他、加伯和沃尔夫三人共同完成。沃尔夫得到这个机会很高兴。沃尔夫告诉加伯，如果玻恩能给他提供爱丁堡大学的职位，他愿意离开剑桥前往爱丁堡，这样他就有更多的时间完成写作这本书的任务。1950年11月底，加伯写信给沃尔夫，告诉他玻恩过几天就要来伦敦，加伯安排他们三人在伦敦自己的家里见面。1950年12月2日，沃尔夫在加伯的办公室见到了加伯。
加伯十分重视向玻恩推荐沃尔夫一事。他说：“沃尔夫，如果你让我失望，我永远都不会原谅你。你知道玻恩的最后一个助手是谁吗？海森堡！”[3]在海森堡之后，玻恩还有洪特等其他著名的助手，因此这种说法并不准确。加伯的话表明，他非常重视这次会面，因为他非常尊重玻恩，因此他有些着急。当天，三人在加伯家共进午餐。午餐期间，玻恩向沃尔夫提出了一些有趣的科学问题。午餐结束前，玻恩已经答应让沃尔夫担任他撰写《光学原理》的助手。沃尔夫对玻恩如此迅速地决定此事感到难以置信。因为沃尔夫自己也知道，他当时只发表了几篇文章，还不是科学界的知名人物。在进一步了解玻恩之后，沃尔夫意识到，能够迅速做出这一决定与玻恩的一个性格特征有关：他非常信任朋友。 由于加伯推荐了沃尔夫，所以玻恩认为没有必要对沃尔夫进行更为繁琐的调查。
伦敦会晤几天后，玻恩给沃尔夫发电报，请他来爱丁堡大学再一次进行正式面试。这次面试在两周后进行。面试结束后不久，沃尔夫收到玻恩的来信，告知他面试委员会同意让沃尔夫做玻恩的私人助理。沃尔夫辞去剑桥的职位后，立即到爱丁堡赴任。沃尔夫后来得知，他的职位不一定要由面试委员会任命。因为他的薪水来源于一家工业企业的赞助，而这笔资金全由玻恩支配。玻恩非常谨慎是有原因的，玻恩早先的一个学生和雇员名叫克劳斯·福克斯，此人后来成为苏联间谍，向苏联提供核技术情报。这件事情在当时给玻恩造成了很坏的影响和很大的压力。福克斯的名字（Fuchs）在德语中是狐狸的意思。 在邀请沃尔夫来爱丁堡大学之前，玻恩曾写信给爱丁堡大学校长爱德华·阿普尔顿爵士，称这项特殊任命的决定不能由他一个人做出，因为他不想继任者是狐狸，而不是狼！
1951 年 1 月底，沃尔夫抵达爱丁堡印度光学物理学家，他迫不及待地想要开始工作。尽管玻恩已经年事已高印度光学物理学家，但他仍然非常活跃。他的工作时间固定而规律。每天一到办公室，他就会先口述给秘书（秘书会记录下来）一些他收到的信件的回复。然后，他会去隔壁的房间，他的同事们坐在一张 U 形桌子旁。玻恩会依次问他们每个人同样的问题：“从昨天开始，你做了什么？”[3] 听完答案后，他会与每个人讨论情况并给出建议。这种惯例并不是每个人都喜欢的。沃尔夫记得玻恩研究小组的一位物理学家，当玻恩问他问题时，他明显变得紧张。有一天，他告诉沃尔夫，玻恩的做事方式让他太紧张了，他一找到新工作就会离开。起初，沃尔夫自己也不习惯玻恩每天的询问。 有一天，玻恩来到U形桌前，站在桌子对面问道：“沃尔夫，从昨天到现在，你做了什么？”沃尔夫干脆地回答：“什么都没做！”玻恩看起来很震惊，但他没有批评或抱怨。相反，他向下一个人问了同样的问题。沃尔夫说：“玻恩经常直接表达自己的想法和感受，但他并不介意别人也这样做。”[3] 玻恩的学生和助手也可以像玻恩一样直接向他表达自己的想法和感受。
在合作期间，玻恩参与了新书的策划、提出建议和总体意见，实际写作工作则主要由加伯、沃尔夫和其他参与者完成。但正如霍普金斯早先的退出一样，加伯很快发现自己没有足够的时间参与本书的写作。经过讨论，玻恩允许加伯退出，但加伯仍负责本书电子光学部分的写作。因此，本书最终实际的主要写作工作落在了沃尔夫一人身上。对此，沃尔夫表示：“幸好我当时还相当年轻，有足够的精力来完成这么大的项目。”玻恩对本书的写作十分重视。沃尔夫说：“虽然我做了大部分写作工作，但玻恩读了手稿并提出了修改建议。我到爱丁堡一年后，我们与出版商签订了合同。我们希望在玻恩退休一年半后完成手稿。但我们太乐观了。这本书的写作总共花了8年时间。”[3]
沃尔夫发现，年迈的玻恩不仅思维活跃，而且工作效率也保持着很高的水准：“我虽然年轻，但写得不如玻恩快，甚至比不上年迈的玻恩。很快，他就对我的缓慢进步显然很不高兴。”[3]在文中，沃尔夫用具体的例子说明了玻恩在手稿撰写过程中的指导和参与。有一天，沃尔夫正着手写关于变分法的附录时，玻恩说，他知道最适合处理这个问题的人是哥廷根大学的大数学家大卫·希尔伯特，希尔伯特在20世纪初就做过这项工作。玻恩就主要根据希尔伯特的方法，将这个附录口述给沃尔夫。每次口述之后，沃尔夫第二天都会把自己录制好的手稿拿给玻恩看，听取玻恩的意见。两次口述之后，玻恩说，自己可以单独完成这个附录，不需要沃尔夫的帮助，而且可能会更快。 这个附录在英文版书中（853-872）长达19页。在《光学原理》第一版的前言中有这样的话：“我们认为应该把几何光学的数学工具——变分法从正文（第3章：几何光学基础）中分离出来；关于变分法的附录（附录A）很大程度上基于希尔伯特本世纪初在哥廷根大学的讲座”（未发表，见参考文献[4]第一版前言）。
沃尔夫在与玻恩的接触中受益匪浅。他说：“玻恩就像一本物理学的百科全书，无论你问他什么问题，他都会给你一些有价值的见解或建议一些相关的参考资料。由于他的亲身经历，他也熟悉当时物理学界的所有领袖人物，有时还会回忆起他们有趣的故事”[3]。在20世纪50年代激光诞生之前，光学对大多数物理学家来说并不是一个令人兴奋的时代。当时大学里很少教授高级光学。当时物理学的时髦领域是核物理、粒子物理、高能物理和固体物理。沃尔夫说：“在这方面，玻恩和他的大多数同事截然不同。对玻恩来说，所有的物理学都是重要的。他只愿意区分好的物理研究和坏的物理研究，从不把物理学分为时髦的物理和不时髦的物理”[3]。玻恩的博大和包容体现在很多方面。 沃尔夫说：“玻恩对物理学家们在研究中使用的方法和技术也心胸开阔，非常宽容”[3]。当他们写到书中用数学方法估算光学系统性能的部分时，发现一篇关于这个问题的基础性文章的结论虽然正确，但进一步的推导却存在严重缺陷。沃尔夫对此无法忍受，但玻恩只是说：“在开创性的工作中，只要得到正确的答案，一切都是允许的。真正的辩护和纠正将随之而来。”[3]
当然，和玻恩这样的物理学家一起工作并不总是轻松愉快的。沃尔夫发现很难说服玻恩改变主意，接受新的想法。沃尔夫对光的部分相干性问题产生了浓厚的兴趣。有一天，他发现了一个他认为非常值得注意的结论。沃尔夫打电话给玻恩，告诉他自己有了新发现，请他讨论一下。他们决定当天一起吃午饭。会后，沃尔夫告诉玻恩，他发现光场和相干性都是由一个适当的关联函数决定的，该函数以波的形式传播。玻恩说：“沃尔夫，你一直都是一个敏感的男孩，但现在你完全疯了！”但几天后，玻恩接受了沃尔夫的结论。沃尔夫说：“这件事说明了玻恩的合作者们都很清楚的一个事实——玻恩对别人得到的新结果有一定的抵触情绪。但是，他会继续思考，一旦发现它们是正确的，他最终会为最初对别人的怀疑道歉”[3]。
1953年，玻恩退休，他和妻子离开爱丁堡，定居在德国哥廷根附近的小镇巴特皮尔蒙特。玻恩离开时，他和沃尔夫合写的那本书还远未完成，他们通过书信进行讨论。为了进一步交流，沃尔夫还数次从英国来到玻恩在德国的新家。在写作的细节和整体的理解上没有发生大的分歧后，沃尔夫便继续写作。玻恩在小镇定居下来，有了安享晚年的想法。但他告诉沃尔夫，事实上这不可能做到。玻恩举了一个例子，说他回来后不久，西德物理学会邀请他去一个会议上发言，他以年纪太大，无法出行为由拒绝了邀请。然而，他得到的答复是，考虑到玻恩所说的原因，会议地点改到了玻恩居住的小镇巴特皮尔蒙特！
1954年，玻恩获得诺贝尔物理学奖。此后，玻恩在德国的主要工作就是呼吁人们思考科学的社会作用，宣传核武器的威胁。诺贝尔奖的获得对他做这些事情有很大的帮助，使他的言论和思想更加有分量。这些工作占用了他大量的精力，自然而然地减少了他对《光学原理》一书写作的注意力。另一方面，沃尔夫除了完成玻恩的写作计划外，还有自己的想法，他想把自己感兴趣的研究领域的新内容写进书中。这些都是这本书在8年后得以出版的重要原因。转眼间，几年过去了，手稿依然杳无音讯。1957年，玻恩写信询问书的写作情况。沃尔夫回复说，除了光的部分相干性一章外，其余手稿都已完成。 玻恩立刻回复道：“除了你，还有谁对部分相干感兴趣？放弃写这部分，把剩下的稿件寄给出版商。”沃尔夫随后加快速度，写完了那一章，也就是书的第 10 章——《部分相干光的干涉和衍射》[3]。书出版后不久，激光就被发明了，研究光学的物理学家和工程师对相干性问题产生了浓厚的兴趣。沃尔夫说：“我们的书是第一本深入探讨这一研究领域的书。玻恩和我一样高兴能把这个主题写进书里。”沃尔夫说：“我们的书也是最早包含全息术解释的书之一。这让加伯非常高兴”[3]。
玻恩在回忆录中说，新光学著作出版于1956年（见[1]，第243页）。但埃米尔·沃尔夫在关于玻恩的回忆录[3]中明确指出，该书出版于1959年，该书第一版的前言也是在1959年1月写的，该书英文版的首次出版也是在1959年。因此，玻恩在回忆录中说该书出版于1956年，应是因玻恩记忆错误而造成的。
沃尔夫在回忆与玻恩合作的文章结尾处说：“我对于我们合作的感受，可以用玻恩回忆他做希尔伯特助手时说过的话来形容，那就是，我被任命为他的助手，对我来说是难以言表的珍贵，因为这让我每天都能见到他、和他交谈。”[3]由此可见玻恩在沃尔夫心目中的地位之高。玻恩对沃尔夫的影响，确实不仅限于他们合著《光学原理》。1984年9月23日，沃尔夫接受了琼·布朗伯格的采访。在采访中，沃尔夫指出，爱因斯坦1909年对涨落问题和公式描述的研究对他影响很大。沃尔夫说，他是通过玻恩的作品了解爱因斯坦的研究的：“玻恩写的一本书，有一章专门讨论这个问题，这当然是一部独一无二的杰作（它）……”[5]这再一次说明，玻恩对沃尔夫的影响是巨大的。
大沃尔夫对玻恩十分敬重，他不仅阅读了玻恩的光学著作，还阅读了玻恩的其他著作。
截止到2005年，《光学原理》英文版已出版了7个版本。前6个版本分别于1964、1965、1970、1975、1977、1980、1983、1984、1986、1987、1989、1991、1993、1997年重印了17次。第7版出版于1999年，2002、2003、2005年又重印多次。因此，该书的英文版已重印20多次。显然，该书是光学领域重要的经典和权威著作。《光学原理》的前4个英文版由Born和Wolf共同讨论和修订，Wolf还为重印本撰写了序言。 博恩于1970年去世，沃尔夫独自负责了本书第五版、第六版和第七版的校正和补充工作。上述所述本书的写作过程可以告诉我们，唯有如此严谨的精神，才能创作和打磨出如此巨作。
《光学原理》中译本分两卷。第一卷初译本由杨嘉荪等人（包括王国文、钱世雄、张合懿、吕云先、黄乐天、陈天杰等）根据英文原书第五版译出，1978年由科学出版社出版；第二卷由黄乐天、陈希谋、陈秉乾等根据英文原书第五版译出，1981年由科学出版社出版。《光学原理》第七版由杨嘉荪根据剑桥大学出版社1999年出版的英文版译出。第一卷由电子工业出版社于2005年出版，第二卷由电子工业出版社于2006年出版。
杨嘉孙先生在《光学原理》英文版第七版中译本的《译者序》中称赞该书是“在近代享有盛誉的光的电磁理论的基本参考书”。《光学原理》“主要阐述宏观电磁理论，系统地讨论了光在各种介质中传播的基本规律，包括反射、折射、干涉和衍射等。关于‘部分相干性’的章节是它的特色，这是作者E.沃尔夫的特殊贡献，而加伯关于‘波前重建（全息术）’的章节尤为精辟。四十年来，由于激光的出现，光学在许多方面取得了惊人的发展。这本书原有的内容已不敷使用，但它从未失去其基本的参考价值。此次第七版（扩充版）增加了数章，共计近80页，既涵盖了基础内容，又涵盖了前沿内容，使它焕然一新。” [6]穆国光院士为《光学原理》第七版中译本作序，指出“《光学原理》一书以麦克斯韦方程为基础，系统深入地讨论了光的传播、干涉、衍射和光学系统，吸引了全世界一代又一代的读者，近五十年来一直畅销不衰。有人甚至称《光学原理》为光学的‘圣经’，但这并不是因为它没有涉及激光等现代微观光学和量子光学。……新版《光学原理》为立志攀登光学高峰的年轻人提供了一个阶梯，甚至圣经。新版《光学原理》向人们表明，掌握基础理论是发展和创新的基础，是一本根深蒂固、枝繁叶茂的书。”[6]
这些评论都很中肯。《光学原理》是一本不可替代的经典光学教科书。
参考
[1] Born M. My Life.: & Ltd.，1978 年。87
[2]侯育德. 出生研究. 北京: 人民出版社, 2012. 234-242
[3] Wolf E. Max Born.，1983 年，9:10
[4] Born M Wolf E.出版社，1999年，
[5] （2013年1月1日引用）
[6] M. Born, E. Wolf, 光学原理, 杨嘉荪译. 北京: 电子工业出版社, 2005
本文摘自《物理学》2013年第8期
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