从1871年至1888年,H · V · 赫姆霍兹(H · V · Helmholtz)在柏林大学担任物理学教授。在此期间,全世界许多物理学家聚集到柏林,在赫姆霍兹的领导下学习物理学和做物理研究工作。这些科学家有德国的物理学家M · 普朗克(M · Planck),H · 凯泽尔(H · kayser),E · 戈尔德施泰因(E · Goldstein),W · 维恩(W · Wien)和H · 赫茨(H · Hertz),美国科学家H · 罗兰(H · Rowland),A · A · 米切尔森(A · A · Michelson)和M · 普平(M · Pupin)。赫姆霍兹与这些人在科学上和个人之间的相互影响,以及合作研究,都显示出赫姆霍兹不愧为19世纪公认的、杰出的物理学良师。他的思想和他的学生对19世纪末期和20世纪初期物理学的发展都起了重要的作用。
赫姆霍兹在19世纪的大部分时间代表着德国科学研究的潮流,并被奉为许多国家年轻物理学家的楷模£赫姆霍兹的学生以他们自己的工作及同事们毕生的研究认定赫姆霍兹给他们传授了高水平的专业知识和正真的做人品德。由于赫姆霍兹的许多学生后来成了德国和美国物理教学和研究的领导人物,因此他对这两个国家物理学的发展产生了重大的影响。
I. 赫 · 冯 · 赫姆霍兹
赫姆霍兹1821年生于波茨坦,从小他就认为自己是“天生的物理学家”,但是他的家庭无钱供他上学。由于当时德国对愿意当5年军医的人,可以提供免费教育,因此他父亲建议他学医。从1838年至1842年,他在柏林军医学校弗里德里希 · 威廉学院学习。毕业之后履行合约,成了一名外科军医。但是赫姆霍兹真正的兴趣在于科学研究,即使在军营里,他也建立了一个小小的实验室,坚持进行生理学和物理学研究。
1847年,赫姆霍兹发表了有关能量守恒原理数学公式的著名论文。在物理学史上,这是首次论述此问题,并给人以深刻印象的一篇论文,1849年,在此论文及其它研究的基础上,以及在F · V · 洪堡(F · V · Humboldt)的支持下,他被任命为柯尼斯堡大学的生理学教授、在这里,他发明了检眼镜,并首次测量了人体神经博动的速度,因而赢得了不朽的声望。在波恩短暂工作之后,1858年,他被任命为海德尔堡大学生理学系主任,在那里他进行了闻名世界的生理光学和听觉生理研究。1858年至1871年,在海德尔堡赫姆霍兹与物理学家G · 基希霍夫(G · Kirchhoff)、化学家B · 本森(R · Buhsen)的交往,被称之为“任何大学中少有的,而且不易再出现的光辉时代”。
1871年,赫姆霍兹放弃了生理学职位,在柏林接受了物理学教授的任命。一个受过医学训练的科学家、生理学教授被任以重要的物理职位,这在当时的德国是很少见的。在柏林,赫姆霍兹利用他的有生之年,对经典力学、流体力学、热力学以及电磁学作出了杰出的理论贡献。从1888年至1894年赫姆霍兹逝世,他是新建立在柏林西洛滕堡的物理技术研究所的首任所长。
人们无论怎样评价赫姆霍兹对19世纪科学的影响都不过分。他在世时,德国在科学上获得了卓越的成就,这种优势一直保持到第二次世界大战,赫姆霍兹是公认的德国科学复兴的领导人。1891年,在赫姆霍兹70寿辰的庆祝会上,可以称之为赫姆霍兹最优秀的学生,H · 赫兹以下面这段话总结了他的良师在科学上的造诣:
“试图将赫姆霍兹的全部研究纳入某一特定的学科领域的作法是徒劳的。如我们将其成就分给几个科学研究者,就足以使他们都成为著名的科学家。例如,如果他们中的一位达到赫姆霍兹电学研究的成就,那么我们将认为他是电学研究方面的首席权威;如果另一位什么也没做,只发现了流体力学中的涡流运动定律,他就可因在力学中有了最重要的发现而自豪;如果第三个人仅对空间实际特性作出了可信的推测,那么谁也不会否认他具有渊博的数学知识。但是我们欣喜地看到这些发现都是由一个人而不是由许多人完成的。那种认为其中某一个仅是侥幸地发现,面对赫姆霍兹众多的成就就不可能得出这种认识。这也证明赫姆霍兹的智能远远超过我们,我们对此钦佩不已。”
在赫姆霍兹的讣告中这样写道:就像有7个城市声称荷马是他们的光荣一样,有7个科学领域——医学、生理学、化学、物理学、数学、哲学和美学都认为赫姆霍兹是他们本学科的骄傲。
伴随赫姆霍兹非凡的科学才能、同样给人深刻印象的是他的做人品格。虽然他有些刻板,不具特别活泼的幽默情趣,但他确是谦虚地对待他的许多成就,渴望帮助他遇到的每一个人,并且坚定不移、正直诚实。这些特点被另一著名的德国科学家普朗克所高度赞扬。普朗克1889年来到柏林物理研究所,就开始接触到这位杰出科学家的优秀人品:
“我知道赫姆霍兹也是一个人,我尊敬他的为人并不亚于尊敬他是一位科学家。由于他具有诚实的信念和谦虚的人品,他成了科学高尚、正直的化身。他的这些性格特点深深地打动了我的心。每当我们谈话时,他总是用平静的、锐利的、打动人心和慈祥的目光看着我,我总是被这种无限的信任和献身精神所感动。我觉得,我可以完全信任他。我头脑中每件事告诉我,他是一位公正和宽容的法官,他的一句称许,更不用说是赞扬,都会使我像赢得世界性胜利一样高兴。”
赫姆霍兹的科学才能和人品得到他的学生的高度赞美和终生的感激,他们将他的思想和理想带到了世界上的许多重要大学。
Ⅱ. 物理学家的良师益友赫姆霍兹
当然,我们知道赫姆霍兹既不是一位好的课堂教师,也不是一位非常好的管理人员。但是这些不足都被他科学家的优秀素质以及指引年轻科学家在研究上走向成功之路的才能所补偿。
在赫姆霍兹的一生中,有两位恩师对他很有影响。一位是生理学家J · P · 米勒(J · P · Müller),在他的指导下,赫姆霍兹于1842年以有关神经生理的论文获得了医学博士学位。另一位是G · 马格努斯(G · Magnus),在他的指导下,赫姆霍兹在物理学研究中不断地取得成就。1845年,赫姆霍兹与马格努斯在柏林工作了三个月,共同主持医学考试。从这两位教授那里,赫姆霍兹受到了鼓励,得到了许多打破学科界限的研究建议。马格努斯从不利用学生为他做研究工作,以此来提高自己的声望,这种无私的精神使赫姆霍兹深受感动,并且他也终生以此教育他的学生。赫姆霍兹与米勒、马格努斯一起工作的经历,最终使他成为学生们真正的良师益友。
赫姆霍兹一生中非常热爱学生,在某种程度上,近似于他对自己子女的爱护。
Ⅲ. 赫姆霍兹良师益友般地对待赫兹
赫兹(1857~1894)是赫姆霍兹最亲密的学生,他的科学观点以及为科学献身的精神也最与赫姆霍兹相似。赫兹于1878年特地到柏林,跟随赫姆霍兹学习。1880年,他在赫姆霍兹指导下,以优异的成绩获得博士学位。此后的3年,他都是赫姆霍兹的助手,1883年在基尔谋得教授职位。在此后他有生的短暂10年中,他与他的导师保持着密切的联系。从这些年(1883~1893)他们的交往信件中,我们看到了他们之间的相互尊重及与日渐增的亲密关系。
A. 赫姆霍兹与赫兹之间的私人交往
赫姆霍兹1878年首次接触到赫兹时,他认定这位21岁的学生将成为一位真正的伟大的物理学家,他坚信这一目标一定会实现。赫兹不仅是赫姆霍兹的学生,而且是他的私人朋友。
当赫兹完成他的物理实验方案的导论时,赫姆霍兹首先就看到赫兹前程远大。1878年下半学期,赫姆霍兹对金属“感应电流”强度课题为学生们设立了有奖研究项目。赫兹10月份开始这一研究,1879年1月就成功地完成了这一课题。他的研究成果发表在1880年《物理学年鉴》上,这是他短暂生涯中发表的30篇论文中的第一篇。
在柏林的这些年里,赫兹在给他父母的信中,许多地方谈到赫姆霍兹每天到实验室检查工作,对他的友谊及对他工作的热情支持。1880年,赫兹在物理研究所中成了赫姆霍兹的助手。这是赫兹值得纪念的日子,因为这意味着他所深深敬佩的科学家已经对他的工作感到满意了。在他有生之年,赫兹都珍藏着作为赫姆霍兹助手的聘书,以此作为对他尊敬的导师的珍贵纪念品。
赫兹作了3年赫姆霍兹助手,获得丰硕的成果,1883年基尔大学向他提供一个数学物理编外讲师职位。赫兹向他的导师请教是否接受这一任命,因为他对离开柏林极好的实验设备、图书馆、同事(特别是赫姆霍兹),而到设备和人员素质较差的基尔大学去任职有些忧虑。但是,他还认为在柏林任编外讲师没有前途,因为这里编外讲师够多了。基尔的任命还有一个默许的协议,即几年后,可破例提升为教授。赫姆霍兹不愿对赫兹的选择施加影响,仅是指出这一职位合适与不合适的理由,而赫兹写道:“我所需要的是明确的指导”。赫兹终于接受了这一职位。
在基尔的2年,赫兹非常孤独,并不快乐。经常为实验室研究的常用设备的缺乏而苦恼。1884年末期,传闻卡尔斯鲁厄正考虑聘用赫兹。显然,赫姆霍兹被征求过关于赫兹的意见,这一消息传遍了柏林。这就激起了基尔校方破例提升赫兹为教授,使赫兹得以留在基尔。在圣诞节的假日里,赫兹回柏林探望了赫姆霍兹,并与赫姆霍兹、基希霍夫、凯泽尔等其它同事讨论了自己的情况。不久,赫兹认识到卡尔斯鲁厄之所以聘任他,很大程度上因为他是赫姆霍兹的学生,并且赫姆霍兹热心地推荐了他,1884年12月29日,赫兹愉快地接受了卡尔斯鲁厄技术大学物理学教授的职位。
在卡尔斯鲁厄的4年(1885~1889)是赫兹非常成功的4年。他用波长接近1米的电磁波实验验证了麦克斯韦尔电磁理论的全部论断。赫兹既从赫姆霍兹那里学习麦克斯韦尔的理论,同时,受赫姆霍兹的激励,亲自进行实验,验证麦克斯韦的理论。虽然实际工作都是赫兹做的,但是不可否认,如果没有他所尊敬的导师赫姆霍兹的指导,使他看到这些实验对备理学发展的重大意义,他将永远不可能进行此项工作。
在实验的每个阶段,赫兹都向赫姆霍兹报告。实验不断取得成效,在其将结果在《物理学年鉴》上发表之前,赫兹请赫姆霍兹向柏林科学院作了报告。赫姆霍兹非常高兴地采纳了赫兹的建议,并不断写信告诉赫兹,当他听到赫兹成功的消息时,他是多么高兴。赫兹站在赫姆霍兹的“肩”上,登上一个又一个的高峰。赫姆霍兹对此没有丝毫的妒忌或遗憾。相反,他把学生的成功看作自己的成功。他在转交赫兹给科学院的报告上写着如下的评论,“这是赫兹工作中最辉煌的部分”,“赫兹的工作是天才的工作”。1886年12月,赫姆霍兹第一次接到来自卡尔斯鲁厄的实验结果,他即写信给赫兹:“……你将明白就向父亲最关心孩子们的幸福,并尽力帮助他们一样,我对我“大脑的孩子”特别偏爱……。”
戈尔德施泰因有过描述,赫姆霍兹对柏林物理学会宣布赫兹发现电磁波时,这样写道:“先生们,我今天和您们一起分享本世纪最重要的物理发现的欢乐。”赫姆霍兹报告了赫兹的工作,对他热爱的学生以感人的赞颂结束。并得出结论,德国的科学在其“胜利乐章上正增加美好的一页”。
赫兹在卡尔斯鲁厄进行的有关电磁波的著名研究工作结束后,于1889年被邀请在海德尔堡举行的德国自然科学与医学促进协会上演讲,报告他的研究工作的重要性。在他意味深长的演讲中,他未曾提到赫姆霍兹,没有指出赫姆霍兹看待电磁理论的不妥之处。后来,赫姆霍兹、赫兹、孔德、维德受等其他科学家在柯尼希贝格家中聚会时,柯尼希贝格高度赞扬了赫兹的演讲,并说,除赫姆霍兹外,赫兹是当代最伟大的物理学家。赫兹立即站起来,用他惯有的谦虚方式极力赞扬赫姆霍兹是整个时代最伟大的物理学家,并解释他自己的发现仅是赫姆霍兹思想的逻辑结果。
由于基希霍夫1887年在柏林逝世,以及克劳修斯1888年在波恩逝世,德国有两个重要的物理职位空缺。赫姆霍兹认为赫兹是“年轻物理学家中最有才干,最有创造精神的一个”,因此赫兹被推荐让其选择这空缺职位,在与赫姆霍兹商量之后,赫兹还是选择了波恩的职位。尽管那时柏林的职位对所有的科学家、学者、特别是对赫兹都有吸引力,为此,赫姆霍兹于1888年12月:15日写信给赫兹:
“就个人来说,我非常遗憾你没有到柏林来。但是,就像我早已告诉你的,我相信到波恩是你自己的兴趣。那些仍在考虑许多科学工作的人,最好离开大城市。至于一个人的晚年时,他已具有丰富的思想教育新一代,或国家的管理,情况就木同了。”
在波恩短暂的岁月(1889~1893),赫兹疾病缠身,无力再在实验室做有创造性的工作。虽然一次短期的实验室工作曾获得了阴极射线通过金属薄片的丰硕成果,他的工作更多地转向于电磁学以友力学基础的理论研究。
1892年底,赫兹的健康迅速恶化,12月25日,他写信给赫姆霍兹,报告他有关力学的研究工作,指出他这一研究的灵感来自于赫姆霍兹“最小作用原理”的一篇论文。赫兹于1894年1月1日逝世,留给他妻子和两个女儿只有很少的财产。赫姆霍兹尽力帮助她们,其中最后一次是1894年9月8日逝世之前,还竭力主张位于奥得河畔法兰克福的彼得-威廉-米勒研究所对赫兹的遗著奖给15,000德国马克的奖金。赫姆霍兹指出,这样做既能表示对赫兹巨大科学成就的敬意,又能避免来自德国的指责。“因为赫兹生前,德国给他的荣誉远不如其它国家给的多。”就我们所知,这一慷慨的建议,未能获得任何结果。
B. 赫姆霍兹对赫兹或为物理学家的主要贡献
赫兹与赫姆霍兹的合作,使得他成为具有杰出科学思想的伟大物理学家,赫姆霍兹鼓励他从事独特的研究,特别是电学与磁学方面的研究,最后使赫兹因发现电磁波而著名。他同时将对研究的热爱传授给赫兹,这是对物理学重要的感情问题,和必须具有的远见卓识。
但是对赫兹的一生以及科学发展中影响最大的是赫姆霍兹对科学的热情、正直和诚实,赫姆霍兹是科学家正直、诚实、无私的化身。普朗克在柏林科学院悼念赫兹的演讲中指出,对赫兹最神圣的是,像他的导师那样,为科学献出自己的一生。
1894年,在赫兹生命的最后几个月里,赫姆霍兹写过些短文,赞扬刚逝世的柏林物理学家孔德,其中有如下的描述:“对你们年轻人来说,科学家的榜样比布道更有影响。因此,这样的导师是最好的恩师,有助于年青一代确定正确的人生观。”
赫兹的一生,特别是在波恩的最后岁月里,在一切场合他都极力表示他对导师的感激之情。赫兹用下面的话道出了赫姆霍兹对学生的影响:“我们怎样评价赫姆霍兹传授给他同时代的人以及来自各地学生的知识价值呢?他帮助学生正确地评价自己的工作,帮助学生用开阔的而不是自己狭窄的观点看待问题,这些都是客观存在着的。在赫姆霍兹指导下工作过的人,即使是工作很短时间,都会感受到这一点,都会感激地回忆起赫姆霍兹对他的关心、耐心及友好。现在世界各地的许多学生没有一个不以热爱和钦佩的心情怀念着他们的恩师。”
Ⅳ. 结束语
以上所述清楚地表明,赫姆霍兹与赫兹是两位科学家之间的理想的良师与学生之间的关系。相互都从对方那里获得极大的助益,如果没有赫姆霍兹的启迪和引导,赫兹不可能获得成功;同时赫姆霍兹满意地看到他的科学思想以及研究物理学的方法传给了下一代物理学家。
虽然我们较少谈到赫姆霍兹与其它学生之间的关系,根据有关资料得知,他们之间的关系,也类似赫姆霍兹与赫兹之间的关系。由于有赫姆霍兹这样的良师,给柏林培养了许多优秀的物理学家。
在1896年评论赫兹的文章中,爱尔兰物理学家G · F · 菲茨杰拉德指出:“一个大学最重要的职责是丰富人类的知识,培养能继续进行良好工作的新一代。就像埃及文明的出现,产生了最虔诚的信徒,创造了人类美好的幸福生活。”如果用这一观点来衡量,赫姆霍兹则是19世纪物理学家最成功的良师。对所有具有科学事业心的、正直的物理学家,赫姆霍兹是他们崇敬的榜样。
[Am. J. Phys,1989年1月]