Kapitza與Rutherford的最後兩封往來書信及Kapitza給Bohr的信

  • 科學家隨筆
  • 撰文者:林志忠(台灣陽明交通大學電子物理系)
  • 發文日期:2021-05-04
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1934年暑假,Peter L. Kapitza (1894 –1984)例行回莫斯科省親和度假時,無預警地被前蘇聯政府留置,不讓他再度出國前往英國劍橋大學Mond實驗室,繼續從事他已大肆開展的低溫物理和高磁場研究。此前,Kapitza在Ernest Rutherford (1871 –1937)的指導和共事之下,已經在劍橋大學學習和工作了13年,他已經深情地把劍橋當作了他的第二故鄉。Kapitza喜愛劍橋和Mond實驗室,他以為他的人生和科學事業,從此將會一帆風順,只需假以時日,必將「長風破浪會有時,直掛雲帆濟滄海」,在物理學的廣闊天地,做出劃時代的重大發現和貢獻。

 

Kapitza與Rutherford都不是出身於英國的主流上層家族,但是兩人的個性相契,都有點直率並桀驁不馴。經過多年的合作和相處,他們兩人成為了親密的工作伙伴,情誼上則是亦師亦友,又因為Rutherford比Kapitza年長了23歲,他們還發展出了如同父子般的親切情感。

從1934年暑假到1937年10月19日Rutherford驟然去世前,Kapitza與Rutherford兩人在莫斯科與劍橋兩地,隔著歐洲大陸和英吉利海峽,書信往來頻繁。這些書信,無疑是讓Kapitza有了勇氣為科學事業堅持下去,並(不情願地)接受被政府禁止出國的事實,不再只是怨天尤人,轉而專注心力,積極投入建立一所與世界接軌的頂尖「P. L. Kapitza物理問題研究所」(P. L. Kapitza Institute for Physical Problems)的重要泉源。此後幾十年,雖有幾度起落,Kapitza和前蘇聯(俄羅斯)的物理學研究,因此也得以展開,並在一些領域站上世界舞台,發光發熱,引領風騷。

1937年9月13日,Kapitza如同過去三年一般,從莫斯科寄給身在劍橋的Rutherford一封長信,但是他們兩人都沒意料到,這將是Kapitza寫給Rutherford的最後一封信了。一個多月後,巨星殞落,天人永隔,Kapitza頓失倚侍,對他造成很大的心理衝擊,恍如「天長地久有時盡,此恨綿綿無絕期」。

Kapitza寫給Rutherford的信[i]

信中,Kapitza寫了好幾件有趣又有啟發性的大小事。前兩段,Kapitza說,因為專注於建立「物理問題研究所」以來的過度緊繃和勞累,他在8月1日停止了實驗室的工作,和家人到莫斯科市郊,座落於松樹林間、一條溪流邊的小屋度假。但是,小屋的修建也只能陸陸續續地進行,尚未完工。接著Kapitza寫道,在鄉下地方,他們有許多體力勞動,尤其是必須挖除小屋周邊的一顆顆樹樁。Kapitza也邀請了Dirac夫婦同來度假,他們夫婦停留了三週。Kapitza說,Dirac對這一類體力勞動駕輕就熟[ii]。他說看到Dirac結婚了,實在有趣,結婚讓Dirac看起來更有人樣,他很高興Dirac的個人生活可以因此安定下來[iii]

第三段、Kapitza寫道,他們的生活很寂寞,但是很高興就在同一年(1937)暑假,Bohr和Dirac都來莫斯科探望他們。Bohr夫婦和一個兒子是在結束環遊世界之旅後,選擇取道莫斯科回丹麥的。Bohr一家子停留了六天,期間Bohr還給了一個廣受歡迎、吸引了許多聽眾的科普演講。Kapitza說,他和Bohr談了很多,對Bohr更加熟悉,更喜愛Bohr了,他說Bohr真是一個良善的好人。Bohr答應每年暑假都會前來莫斯科探望,Kapitza覺得Bohr真的做了一個正確的決定。接著Kapitza寫道再過幾天,將有一個核子物理學研討會,幾位劍橋同事會前來參加,但可惜John Cockcroft不能出席。

第四段,Kapitza說他們最近完成了(高磁場中的)Zeeman效應的測量,實驗很漂亮,但結果都在預期之內。他們也研究了Paschen-Back現象,與理論預測吻合到了2%,那是他們的實驗所能做到的最高精確度。他們正在撰寫論文,準備發表。Kapitza說,雖然一切結果都在意料之中,沒有令人激動之處,但是這些工作總歸需要找時間完成。接著Kapitza寫道,他們現在有液氦了,沒有人能再阻擋他的工作了,所以他要展開低溫電阻的研究[iv]

第五段,Kapitza感謝Rutherford同意讓Mond實驗室技術員Harry Pearson在「物理問題研究所」再多停留幾個月,以便把另外一部效率更高、產量更大的氦氣液化機的零組件製作和組裝完成[v]

長信的最後一段,Kapitza寫說家人都很好,只是很可惜他不能出國去劍橋看望Rutherford。他說政府真蠢,把俄羅斯科學家就地醃漬起來( “… we Russian scientists are pickled here.”),而更糟糕的是,大多數科學家並沒有意識到這種作法將會傷害科學的發展。……Dirac和Bohr都告訴了我一些您的事,這讓我更加地想念您了。您何不再度拾起您的偉大國度的旅行精神,前來探望我們呢?我們可以靜默地安排,讓您不用演講,只要好好休息就好,這樣當您度完假回去工作時,就會精力飽滿了。請寫信給我,聽到您和劍橋的消息是我的很大的安慰;我也會更常寫信給您。我想像您的孫子們都已經長大了,很快地您就可以當曾祖父了……。

Rutherford的回信

1934年10月9日,Rutherford回了Kapitza的信,如下:……我們都很好,孫子們在學校的表現也都很令人滿意。今天,Bohr在他返回哥本哈根途中,繞道來訪問我們,並且在下午給了一個演講。Bohr讓我看了你做給他的原子核模型,你把他的理論要點,做了一個很好的實驗展示。我不曉得你是否記得我也有過一個類似的模型,是Andrade幫我做的,用來展示a-粒子散射。我的模型做得非常仔細確切,可以用來反映散射的平方反比定律。

第二段,Rutherford寫道,11月底我們夫婦會出發前往印度,到明年2月才回來。我們將搭乘P & O油輪經過蘇伊士運河,我要去主持一個英國和印度的兩國聯合科學會議,會議將於年初在Calcutta舉行。他們幫我夫婦安排了一趟精心策劃的旅行,我們將在一列特別安排的火車上睡上10個夜晚,白天觀光,晚上火車繼續前行。我們會從孟買出發,經Hyderabad、再到新德里、Benares等等地方,然後去Calcutta,我們或許會經由Madras和Bangalore回來。我擔心行程會太緊湊忙碌,但他們告訴我北方的天氣將很涼爽,Calcutta也不至於悶熱。如果有機會,我希望能短暫去一趟大吉嶺,看看喜馬拉雅山……。

第三段,Rutherford寫道,Bohr告訴了我他訪問你的一些情況,我很感興趣得知你所完成的工作。當然,等Pearson回來之後,他一定會告訴我們你的大型氦氣液化機的現狀。Mond實驗室的研究也是蒸蒸日上,有許多課題在進行中。為了能夠達到很低溫,我們建造了一個特殊水冷卻的電磁鐵,在通過600安培的電流時,它可以產生40 kG的磁場。我們還另外在建造一個可以產生更大電流的儀器,當然同樣是用水冷卻,我們也在安裝一個大水槽以及多個pumps,以便冷卻水可以循環使用。我們正在進行幾項有趣的實驗,測量低溫時的液氦的異常(非凡)熱導率。當溫差很小時,熱導率非常大,但如果傳送的熱量太多,熱導率就會迅速下降。當然,Cockcroft總是很忙,永遠有許多事情攬在手上,對實驗室的建築和改建工作,他是我們的無價之寶。我很高興地說我覺得自己的身體狀況非常良好和健康,但我希望在學期期間的生活能夠不用那麼地繁重費勁。我想,你(在劍橋)的朋友們都很好;J. J. Thomson (1856–1940)年老了一些,但仍如往常一樣的很有活力。

最後,Rutherford寫道,我希望不久之後你就可以前來看望我們。目前,我尚無法安排以後的計畫,但我希望能夠有機會在什麼時候再見到你……。最誠摯地祝福你們全家。

寫完這封信10天後,Rutherford因絞窄性腸梗阻做了一個緊急手術,4天後去世。

Kapitza寫給Bohr的信

得知Rutherford逝世的消息之後,Kapitza於11月7日寫了一封誠摯哀淒的長信給Bohr,內容如下:我(Kapitza)相信關於Rutherford去世的消息你一定非常悲傷,對我來說,這噩耗令人震驚。這些年來我一直希望能夠再見到Rutherford,但是現在他走了。只跟他通信是不夠的,你知道當你跟他說話的時候,你會從他的眼神、面部的表情、語調,以及他使用的字眼,獲得很多。我愛Rutherford,所以寫這封信給你,因為我知道你對他也有很深摯的感情。從他的談話中,我一直覺得在他的所有學生之中,你是他最喜歡的一個;坦白說,對此我一直有點嫉妒,但是現在都過去了。

第二段、Kapitza寫道,我從Rutherford那裡學到了很多,不是物理知識本身,而是如何作物裡研究。Rutherford不是一個愛評論的人;或許你跟我一樣,從來沒有聽過他與人爭論物理或是人生問題,但他對周圍的人的影響來自於他的身體力行以及他的觀點,他的觀點總是很簡短,但最後通常是正確的。

第三段、Kapitza寫道,有一次在三一學院的Maxwell百年誕辰紀念會後跟他(Rutherford)談話,他問我喜不喜歡這一切。我回答說,不喜歡,因為所有的講員都把Maxwell形容成為了一個完人;Maxwell當然是史上最偉大的物理學家之一,但他畢竟還是一個人,因此必定有人的性格(優缺點)。對於我們這一代從未見過他的人來說,知道真實的Maxwell會比只聽說他的完美無缺,更有價值和更有趣。Rutherford聽了大笑,說:「好吧,Kapitza,就交給你了,等我去世以後就由你來告訴世人,真實的我是一個怎樣的人。」我不知道,Rutherford是認真的,或是在半開玩笑。

第四段、Kapitza寫道,但是他走了。11月14日我必須(在莫斯科的追思會上)發表演說介紹他,我也必須寫一篇紀念他的文章。我必須做這些事,因為在所有的俄羅斯科學家當中,我對Rutherford的認識最多、瞭解最深。但當初我還在他身邊時,看到的他的一些小弱點,現在都顯得不痛不癢、微渺而不值一提了,現在我的記憶之中,只剩下了一個難以並肩企及的偉人站在我的面前。我很擔心,我將會和Maxwell的學生們在Cavendish實驗室舉行的百年誕辰紀念會上所表現出來情況的一樣。

第五段、Kapitza寫道,他覺得Rutherford的人格特質之一,是單純、純粹。Kapitza說Rutherford討厭複雜的儀器、複雜的實驗、複雜的理論,以及複雜的交際手腕。Rutherford代表單純,而單純被證明總是對的,也是最有力的論據。Rutherford因為本身很單純,所以很誠懇。跟他對話很容易,因為Rutherford的回答在他講話之前,就已經寫在他的臉上(表情)了。不能再見到他了,實在令人非常地難過。

第六段、Kapitza寫道,Rutherford對我很好,非同尋常的好。在我的研究過程中,他給了我許多鼓勵,我虧欠他太多了。他對我的愚蠢和犯錯,甚至在我激惱他的時候,從來不會太嚴厲。我覺得自己實在是一個很幸運的人,能夠在他身邊親炙了14年。

最後一段,Kapitza寫道,Dirac寫信告訴我,人們逐漸喜歡上Mond實驗室大門口的Rutherford雕像了,那是我負責籌劃邀請藝術家雕塑的,這讓我很高興。我現在工作得非常努力,因為要補償失去的幾年時光。我還有幾個問題需要寫信給你,但等下次好了。眼前,我身邊沒有任何一個人能夠跟我分享我對慈祥善良大家長之死(the death of my good old Crocodile)的感受。我還記得你上次來莫斯科探望我們的美好時光,明年請記得一定要再來……。

此外,接到Rutherford逝世的消息之後,Kapitza在11月1日就寫給John Cockcroft一封信,又在11月7日(他寫給Bohr的同一天)也寫給Dirac一封信,向他們兩位表達他對Rutherford的懷念、感激與哀思。

後記:本文內容取材於《Kapitza in Cambridge and Moscow – Life and Letters of a Russian Physicist》, Edited by J. W. Boag, P. E. Rubinin, and D. Shoenberg (Elsevier, 1990)一書,另外參考了P. L. Kapitza, Recollections of Lord Rutherford, Proceedings of Royal Society A 294, 123–137 (1966)和Grace Marmor Spruch, Pyotr Kapitza, octogenarian dissident, Physics Today (September 1979)兩篇文章。


 



[i] 以下三封信件,本文只轉述或直述其內容,並未逐字逐句翻譯。

[ii] Kapitza這幾句敘述很有趣,因為以前我們只知道吳大猷在《回憶》一書中提及他和Dirac同時訪問美國普林斯敦高等研究院期間(1958–1959年),Dirac時常手持長柄斧,邀吳大猷一起到森林中砍樹。與Kapitza的信兩相對照,無意間印證了Dirac的確對伐木及劈材情有獨鍾。

[iii]Dirac的妻子,是Eugene P. Wigner的妹妹。據說此前在劍橋時,Dirac時常在Kapitza的實驗室逗留,和Kapitza下西洋棋,Kapitza還教導Dirac如何把切割後的玻璃邊緣,磨得平整光滑。

[iv]但是不久之後,Kapitza的心力就轉向液氦研究,他後來也因此獲得了1978年諾貝爾物理學獎,獲獎理由為肯定他「在低溫物理領域的基礎性發明及發現」("for his basic inventions and discoveries in the area of low-temperature physics")。

[v] Kapitza被前蘇聯政府限制出境之後,劍橋大學不但同意把Kapitza需要的儀器設備以合理價格轉讓給「物理問題研究所」,還同意兩位技術員H. Pearson和Emil Laurmann隨同前往莫斯科,直到幫助Kapitza把儀器設備裝置完成,讓它們都能夠順利運轉,並且等訓練好了可以接手的俄羅斯技工為止。Pearson和Laurmann兩人在「物理問題研究所」至少停留了二三年。從促成這些劍橋大學與前蘇聯政府之間,既專業又貼心的鉅細靡遺(繁瑣)的安排,可以想見Rutherford對Kapitza的器重,以及兩人之間的情義,非同尋常。

 

 

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劍橋大學高磁場實驗室管理委員會會議:Rutherford(右)、Cockcroft(左)、Kapitza(中間),圖片取自Proc. Roy. Soc. A, volume 294, pp. 123–137 (1966)

 

 


延伸閱讀:
Peter L. Kapitza的意外人生軌跡
P. L. Kapitza物理問題研究所的幾則故事