被遗忘的天才：他曾将爱因斯坦拒之门外

编译出版社

“Een Vergeten Genie”这篇文章介绍了才华横溢的荷兰物理学家Trod的短暂一生和物理贡献，作者是著名的理论物理学家Hendrik B. G. Casimir。为了方便读者阅读，在文末附上了一些原文中没有的关键参考文献和适当的注释(感谢编辑的指点和帮助)。只是在作者所处的时代背景下，特罗德是一个“被遗忘的天才”，时代变了。今天来看，可能不是很“定论”。毕竟，在物理系的热力学统计物理课程中，我们不得不谈到他和另一位德国物理化学家奥托·萨克(Otto Sackur，1880-1914)独立发现的萨克-特罗特方程(今年也正好是它诞生110周年)，然而，特罗特和他在物理学上的成就对公众来说，甚至对物理学家来说，都有些陌生。编译此文，希望将其历史作用拉回大众视野。

不久前，我收到西班牙科学历史学家J. M .桑切斯-罗恩的一封信，信中写道:

“我正在为牛津大学出版社写一本书，专门研究20世纪物理学中距离作用概念的历史。我想说的是荷兰物理学家特罗德的贡献。他在1922年的论文(关于距离的作用)第一次给爱因斯坦、惠勒和费曼留下了深刻的印象。问题是，到目前为止我找不到任何关于他生活的东西，甚至连他的名字都找不到(除了他发表的一些论文提到他住在阿姆斯特丹)。不得不承认，关于这件事，我接触过很多国家的大学。然而，我认为在书中包含一些关于这位真正被低估的荷兰物理学家的生活细节是很重要的。他对量子和经典物理的研究是我们在这个领域的持久贡献。因为我知道你是荷兰人，我把你当成救命稻草。如果你能向我提供一些关于特罗德的生活、职业和工作的细节或文件，我将不胜感激。”

先说一个著名的公式。

这样的信一定要回复，但是首先，我对Trod了解很少。我知道一个以他命名的著名热力学公式。我记得在1928年或者之后不久，我被他发表在德国《物理报》上的一篇非常专业的文章震惊了。令人惊讶的是，他不属于通常的荷兰理论家的小圈子。我的老师泡利——1932年至1933年我在苏黎世联邦理工学院为他做助手——曾感叹道:“你们荷兰有些奇怪的人才(Merkwürdige Kauze)。例如，Trod做得很好。但是没有人认识他，他似乎也不想认识任何人。”

Devis教授给我提供了很多关于Trod家族的信息。当时他正在研究荷兰银行的历史。同时，我通过其他途径了解到了更多。考克斯博士(A. Kox)负责出版洛伦茨(H. A. Lorentz，1853-1928)的书信集，他偶然发现了一封值得注意的特罗德写给洛伦茨的信。此外，他注意到皮特·塞曼(1865-1943)在阿姆斯特丹的实验室里有一些书，其中收藏票是用特罗德钉的。我自己在莱顿大学教授保罗·埃伦费斯特(1880-1933)的精心组织的信件中发现了一些笔记。

有了这些线索，完成一部略完整的传记似乎并不太难，但这种期待只是部分实现了。但是，我的发现太神奇了，我觉得值得一说。他的父亲彼得·约翰·康拉德·泰特罗德博士是金融界的知名人士。从1919年到1934年，他在几家银行工作，并担任ABN银行的董事。此后，他担任了许多主管。1894年，他与夏洛特·路易莎·吉尔德梅斯特(1864-1942)结婚，育有三个孩子:雨果·马丁(1895.3.7-1931.1.18)，他的姐姐海伦娜·玛丽亚(1897-1982)和弟弟皮特(1982)特洛德一直没有结婚。他的弟弟妹妹晚婚，没有孩子，配偶已经去世。他出生在冯德尔斯特拉的一所房子里。1902年，他家搬到了Keizersgracht街573号，1909年，他搬到了Herengracht街526号。他们在这里一直住到1934年，也就是特洛德死后，这是他们家的地址，虽然后来他们主要住在索斯特堡的惠泽埃格蒙德。

他毕业了吗？

我不确定特罗德是否完成了毕业考试，更不知道他是在何时何地参加的。阿姆斯特丹的市政档案馆只记录了他没有上过市立高中，也没有去过HBS第一银行。虽然我努力查阅了参考文献和档案，但除了一个例外，我从随后的调查中一无所获。但是这个例外很有意思。

在1913年版的《荷兰贵族》第4卷中，提到他考上了莱比锡大学。我写给莱比锡一位知名同事的信做出了意想不到的贡献。莱比锡大学的学生注册制度在两次世界大战中幸存下来。事实证明，特罗德在10月16日注册了两年，期间学习了数学、物理和化学。他住在冯·奥廷根教授的家里。他参加毕业考试了吗？是的，他必须跳过一门或几门课程，或者参加全国考试。1912年8月8日，他收到了他参加的讲座和实践的证书。显然，他回到阿姆斯特丹了。

奇怪的是，单子上没有理论物理和数学的讲座。没有证据表明他第二年再次来到莱比锡。我怀疑事实并非如此，但无论如何，他没有参加常规讲座:这一点已在注册系统中查明。

奇迹

现在，一个伟大的奇迹出现了。1912年3月18日，著名物理杂志《Annalen der Physik》的编辑收到了他的手稿。5月23日出版不久(注1)。

著名的萨克-特罗特方程

对于一个不到十七岁的年轻人来说，这是一份了不起的工作。这说明他已经学习和理解了现代理论物理的大部分内容，尤其是玻尔兹曼和吉布斯的统计力学，对相当高级的数学并不畏惧。这已经非常罕见了，但更引人注目的是他引入了两个大胆的假设，这两个假设几乎是不证自明的，这些他无法证明但却是合理的假设给出了著名的方程)。这个理论引起了不小的轰动。洛伦茨和埃伦费斯特都研究过它。但是他们两人都反对特罗德的方法，尽管他们承认这导致了有用的结果。随着后来量子力学的发展，人们完全理解了为什么特罗德是对的。

他从莱比锡回家后做了什么？我怀疑他一直在家独立工作。1915年，他写信给埃伦费斯特，后者显然邀请他参加研讨会。他很遗憾那天不能出席，但他希望不久能去莱顿拜访埃伦费斯特。在不久后的第二封信中，他感谢埃伦费斯特给了他这本书，并说他可以从中学到很多东西。1915年，他在《Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschapp Pen》上发表了一篇长文，进一步阐述了他对“化学常数”的看法。这是由洛伦茨和塞曼提交的。如文件所示，他与洛伦茨交换了意见。到目前为止，我还没有找到任何关于我和塞曼关系的详细信息，但特罗德和塞曼认识也不是不可能。不管怎样，特罗德后来和其他荷兰物理学家取得了一些联系。

1916年，埃伦费斯特再次邀请他。他回答说因为身体不好不能参加讨论，家里也不接待访客。这可能是肺结核的第一次发作吗？然而，他对物理学的兴趣并没有消失:同一封信中还包含了对普朗克文章的批评。

直到1922年，他才再次“发声”:桑切斯-罗恩写信给我提到的那篇论文发表在《时代周刊》(Zeitschrift für Physik)上。它包含了一种新的力学方法，非常新颖大胆，但数学表达准确。这种方法也导致了一种特殊的批判性反思。用他自己的话说，“在最后四页，我们宁愿放弃思考数学证明。”我想引用几个词来尽可能真实地翻译特罗德的德语(在我看来非常漂亮):

“因果关系部分取决于机会。然而，这种想法最初并不存在于人类的头脑中，过去也没有被观察到:众所周知，世界事件中假设了完全不同的相互联系，尽管是以一种相当天真的方式。”

在上文提到的表亲在家族文件中找到的材料中，有一张特罗德的照片，背面写着“1922年夏第一次会议，工人们在议长家的窗前”。我现在还不确定是哪个会，但至少看起来他已经恢复了，参加了某些社交活动。1924年，特洛德给洛伦茨写了一封长信，解释说他完全陷入了对1922年论文中观点的进一步阐述。现在他正在从一个完全不同的方向寻找“量子之谜”的解决方案，并希望与洛伦兹讨论这个问题。

我不知道他们是否真的有过这样的讨论，但无论如何，这种方法目前还没有被证明是有成效的。1924年至1928年间新量子力学的发展遵循了一条完全不同的路线。Trod必须密切关注这一发展。事实上，1928年，他又在《Zeitschrift für Physik》上发表了两篇文章，其中包含了对狄拉克理论有价值的数学补充，表明他已经完全掌握了最新的量子力学理论。和埃伦费斯特最后一次交流也是在那一年。后者让他寄一份他的论文，并邀请他去莱顿:也许他会很高兴认识狄拉克或保利。特洛德送来了一些复印件，并礼貌地回了一句，说旧报纸的复印件在阿姆斯特丹，而他自己在苏斯特的苏斯特堡。他一回到阿姆斯特丹就会把它寄给《埃伦费斯特》，但他没有回应后者的邀请。

把爱因斯坦拒之门外。

特罗德于1931年1月18日去世。不久后，他的姐姐来到塞曼实验室捐赠他的科学书籍，塞曼的一名前员工至今对这一幕记忆犹新。她说哥哥死于肺结核，去世前越来越怕见人。最后，她几乎成了唯一接触到他的人。

有一则关于特劳德的轶事。爱因斯坦和埃伦费斯特有一次想去拜访他，却被他的仆人在前门迎接:“先生不招待客人。”这个我听过很多遍的故事，听起来可能不可思议，但和我目前所发现的是一致的。现在浮在我们面前的是一个真正有才华但身体不好的人。因为经济独立，他可以带病继续研究，但也许正是这种经济独立导致了逐渐形成的孤独感。

无论如何，他显然不热衷于参加会议和讨论。可能他觉得如果能偶尔发表论文和同行交流，那就足够了。这个我自己也不完全满意。想多了解一下这个优秀的人的生活方式，思维方式，工作方法。这也是我写这篇文章的原因之一。

给…作注解

1.详情见参考文献。Trod在5月23日发表的一篇文章中给出了熵的启发性推导。他假设基本单位相点阵的大小为(zh) n，他用液态汞的蒸汽压数据来拟合参数z，他得到的z≈0.07是因为一些数值误差。在随后对上一篇文章的更正中，Trod纠正了自己的错误，得到了z~1的正确结果。详见参考文献(9)。

2.详情见参考文献。

3.也就是在文章的开头，西班牙科学历史学家J. M. Sanchez-Ron提到了“超距作用”的论文。参见参考文献。电动力学可以用一定距离的作用来描述)——粒子之间——也就是不引入场——与麦克斯韦的场论不同。这就引出了四极管-福克-施瓦兹希尔德作用积分。这是H. Tetrode对电动力学的贡献。电动力学中距离作用的思想比“场”的概念历史更悠久。甚至在麦克斯韦的场论被实验证实后约半个世纪，即20世纪40年代末，费曼和惠勒的师徒们仍试图用所谓的“吸收体”来解释距离作用。

4.参见参考文献。

参考

H.Tetrode，de chemische constant der Gase und das elementare wirkungs quantum(气体的化学常数和基本作用量)，Ann。物理38卷，434-442页(1912年)；berichtigung zu meiner arbeit:“wirkungsquantum"?气体和元素的化学常数(纠正我的工作:气体的化学常数和基本作用量)”，同上，39，255-256(1912)。

O.Sackur，《气体动力学理论在化学问题中的应用》，《物理学报》，第36期，958-980页(1911年)。

O.哎呀，世界正在变得更美好。elementaren Wirkungsquantums(所谓基本作用量的普遍意义)，Ann。物理。40, 67-86 (1913).

H.Tetrode，世界上最好的。论世界的相互依赖性。经典动力学的延伸)，《物理学报》，第10卷，317–328页(1922年)。

A.D. Fokker，Ein invariant er variations satz für die Bewegung mehr erer elektrischer Massenteilchen(多种电子质量粒子运动的不变变量集)，《物理学报》第58卷，第386-393页(1929年)。

H.Tetrode，Der Impuls-Energiesatz，载于《电子的狄拉克量子理论中的脉冲能量定理》，物理学杂志，第49卷，858-864页(1928年)。

H.《电子的广义相对论量子理论》，物理学杂志，第50卷，第336-346页(1928年)。

W.Grimus，在Sackur-Tetrode方程100周年之际，arXiv:1112.3748(physics . hist-ph)。

作者简介

Hendrik B. G. Casimir，即H. casimir，是荷兰著名的理论物理学家和工业研究带头人。1909年7月15日出生于海牙，1926年进入莱顿大学，随埃伦费斯特学习理论物理。哥本哈根会议后，他成了尼尔斯·玻尔的研究生。1931年完成了量子力学和群论的博士论文，开始在量子力学领域崭露头角。1932年至1933年，卡西米尔在苏黎世为泡利做助手，这对他产生了持久而深远的影响。1948年，他和迪克·普德一起发现了著名的卡西米尔效应。卡西米尔的另一个角色是工业研究的领导者。他于20世纪50年代末加入飞利浦实验室的管理层，负责实验室的全球研究活动。卡西米尔喜欢美食、文艺，日常生活中喜欢爬山、拉小提琴。