索末菲老师教书是物理数学融合在一起的,关键是他还能实验物理和理论物理一起教。索末菲的教学应该是深刻地影响到了不少人。他的教学非同于一般的教书匠,其教科书里融入了自己的理解还有自己对学术的贡献。索末菲对物理学的贡献是多方面的,即便面对爱因斯坦这样的人,也未必逊色多少。
大师之大-师索末菲,1868年出生于普鲁士的柯尼斯堡,读书时遇到的物理老师有 Carl Gustav Jacobi,数学老师有 David Hilbert, Ferdinand von Lindemann,以及 Adolf Hurwitz。1891年,索末菲23岁上凭借数学物理中的任意函数方面的研究在老家获得博士学位。
1893年服完兵役后,索末菲到了哥廷恩大学,自1894年起给数学家 Felix Klein 作助手,然后凭借衍射的数学理论获得了一个数学无俸讲师(Privatdozent)的职位。1906年,索末菲到慕尼黑大学任理论物理教授,接下来的岁月里他把慕尼黑大学打造成了重要的理论物理中心。1935年索末菲退休,此后还继续任教到1940年。1951年索末菲因车祸去世。
索末菲老师是理论物理教授,那是要教书的。索末菲老师讲课是否受学生欢迎,不得而知,但是讲课的水平却是有著作可资为证的。索末菲的著作包括四卷本《圆的理论》、《原子结构与谱线》、《波动力学之增补版》和六卷本的《理论物理教程》(卷1力学;卷2可形变介质的力学;卷3电动力学;卷4光学;卷5热力学与统计;卷6物理中的偏微分方程)。
可以看出,索末菲老师教书是物理数学融合在一起的,关键是他还能实验物理和理论物理一起教。索末菲的教学应该是深刻地影响到了不少人,他的学生泡利有样学样,后来也有一套《泡利物理学讲义》。
索末菲老师的教学非同于一般的教书匠,他的教科书里融入了自己的理解还有自己对学术的贡献。索末菲对物理学的贡献是多方面的,即便面对爱因斯坦这样的人物,也未必逊色多少。
同索末菲名字联系在一起的物理内容包括:Drude–Sommerfeld 模型,即关于金属导电的自由电子理论。索末菲把费米统计结合入了经典的Drude模型;原子的精细结构。常数 α 可理解为一定距离的两电子间的库伦势能同该距离对应波长的光子能量之比。这个常数描述相对论效应对电子能级的影响,进而反映在原子谱线的精细结构上。这个公式(自然单位制下的形式)被刻在索末菲的塑像上;索末菲恒等式。
这是一个关于球面波展开的一个公式;Sommerfeld–Kossel位移定律。它说的是一次离化的原子之谱线结构与周期表中前一个元素的中性原子的谱线在细节上也是一样的。这是在对原子谱线研究的基础上提出来的;Sommerfeld–Wilson 量子化。玻尔量子化把氢原子在一个平面内处理,它要求角动量量子化,从而得到形式的量子化能级。
Sommerfeld–Wilson 量子化把电子当成三维系统处理,其结果是若角动量,其能量为的形式。简单说来,能量和角动量牵扯到的是不同的量子数。如今关于原子中电子能量表示的量子数为,其中的角动量量子数和自旋量子数都是索末菲引进的。
大-师者(MacTutor),肚里是否有货能教给别人,要靠出类拔萃的学生来加以佐证。
索末菲的博士生包括 Werner Heisenberg,Wolfgang Pauli,Peter Debye,Paul Sophus Epstein,Hans Bethe,Ernst Guillemin,Karl Bechert,Paul Peter Ewald,Herbert Fröhlich,Erwin Fues,Helmut Hönl,Ludwig Hopf,Walther Kossel,Adolf Kratzer,Alfred Landé,Otto Laporte,Wilhelm Lenz,Rudolf Peierls,Walter Rogowski,Rudolf Seeliger,Heinrich Welker,Gregor Wentzel 等人,博士后则有 Herbert Kroemer,Linus Pauling,Walter Heitler,Werner Romberg 等人,其中不乏大师(maestro)级的人物。
这里面,海森堡(Werner Heisenberg)因为参与构造矩阵力学而获得1932年度的物理诺奖,其为人称道的是不确定性原理,其实愚以为最见物理功底的工作是交换作用的提出;泡利因发现不相容原理而获得1945年度的物理诺奖,他还预言了中微子的存在;德拜(Peter Debye)获得1936年度的化学诺奖,名字见于关于固体比热的德拜模型和X-射线衍射的Debye-Waller 因子;贝特 (Hans Bethe) 获得1967年度的物理诺奖,名字见于 Bethe-Ansatz;爱瓦尔德(Paul Peter Ewald)的名字见于X-射线衍射理论里的爱瓦尔德球;弗洛里希(Herbert Fröhlich)的名字见于 Fröhlich 极化子等概念,该人曾两次获得物理诺奖提名;朗德(Alfred Landé)解释了塞曼效应,名字见于 Landé 因子;楞次(Wilhelm Lenz)发明了伊辛模型,名字见于 Laplace-Runge-Lenz 矢量;派尔斯(Rudolf Peierls)的名字见于 Peierls-Hubbard 模型和 Peierls 相变;Gregor Wentzel 对量子力学和量子场论都有贡献,名字见于量子力学中那个著名的 WKB 近似; Herbert Kroemer 因发明半导体异质结获得2000年物理诺奖;Linus Pauling 因化学键理论获得1954年化学诺奖,此后于1962年度获得诺贝尔和平奖;Walter Heitler 对量子电动力学和量子场论都有贡献,是他把量子力学引入了化学;等等。
数一数,共有物理诺奖4个,化学诺奖2个,和平奖1个。有文献说 Isidor Isaac Rabi 也是索末菲的博士后,而该人是1944年度的物理诺奖得主。但是,但是,索末菲本人成就那么高,本人却始终与诺奖无缘,据说共被提名81次。有趣的是,居里夫人却获得一次物理奖,一次化学奖。其实,也不奇怪,人类的评奖总不过是人类的行为,那些人连爱因斯坦都不想给呢!
如果不是爱因斯坦名气太大,估计人家也不给他诺奖,不得已给了,结果也是1922年补1921年的缺,而且是用爱因斯坦成就中最微不足道的关于光电效应实验的解释,对他在相对论、量子力学方面的众多成就愣是视而不见。好在人类的物理学史上不缺关于自己的浓墨重彩的一笔,索末菲多少应该感到一丝安慰吧!