哈塞尔内尔与维也纳大学理论物理学的发展

朱慧娟

首都师范大学物理系，北京

弗里德里希·哈森诺尔（ Hasenöhrl，1874-1915）（图1）是一位奥地利理论物理学家，师从著名物理学家路德维希·玻尔兹曼。 哈泽内尔主要研究电磁学、热力学和统计力学，在量子理论方面做出了杰出的探索。 尽管他英年早逝，但他为维也纳大学理论物理学的发展做出了重要贡献。 在担任维也纳大学理论物理学教授期间，他培养了一代年轻学者，其中包括诺贝尔奖获得者欧文·汉斯·迪林（Erwin Hans ，1888-1976）、薛定谔和兰斯-迪林效应的发现者。 哈塞尔内尔的理论教学极大地影响了他们，使他们成长为优秀的理论物理学家。

图 1 研究了振动理论和势能理论。

1 理论物理之路

哈泽内尔 1874 年出生于维也纳，是一名律师的儿子。 1884年至1892年就读于特蕾莎高中（ ）。 特蕾莎中学原本是奥地利女王玛丽亚·特蕾莎于1746年建立的一所皇家学校。然而，1848年席卷欧洲的资产阶级革命后，时任皇帝弗朗茨·约瑟夫一世决定将学校转为向资产阶级子弟开放。 哈塞内尔在高中时就表现出了出色的数学天赋，并于1892年以优异的成绩毕业。同年秋天，他进入维也纳大学学习数学和物理。

当时维也纳大学共有三位物理学教授。 一位是负责物理陈列室的 von Lang教授（1838-1921），另一位是负责物理化学实验室的Franz 教授。 弗朗茨·埃克斯纳（Franz Exner，1849-1926），另一位是物理学研究所所长约瑟夫教授（Josef，1835-1893）。 1893年，斯蒂芬去世。 一年后，维也纳大学极力争取玻尔兹曼接替他担任校长。 同时，他被任命为理论物理教授，重点教学理论物理，而埃克斯纳则主要负责实验教学。 物理学和物理化学。 1894年至1895年，哈泽内尔离开学校去军队服役一年，回到学校后继续完成未完成的学业。 他很快就被玻尔兹曼的课程所吸引，并对理论物理产生了浓厚的兴趣。

1896年，哈泽内尔与埃克斯纳一起完成了他的博士论文，研究题目是“论液体介电常数的温度系数和莫索蒂-克劳修斯公式”（“über der ä in Flü die -' sche Formœel”） ），这是哈森内尔在物理学领域的首次系统研究，旨在考察莫索蒂-克劳修斯方程对液体的适用范围。 哈泽内尔在实验中发现，对于大多数液体来说，这个方程在很宽的温度范围内都成立。 这项研究使哈森内尔于1897年获得了博士学位。经玻尔兹曼推荐，他于1898年秋前往莱顿大学，担任海克·翁内斯的研究助理，继续从事这一课题的研究。 虽然从事实验物理领域，但他一直关注理论问题，研究过振动理论和势能理论。

一年后，哈森纳回到维也纳，转向电磁辐射研究。 这也是他在理论研究上成名的开始。 1904年至1905年，他以同名论文《论移动物体的辐射理论》（“Zur in Körpern”）发表了三篇关于移动空腔的辐射能量效应的论文。 腔内的辐射能与腔的质量之间存在等效关系。 哈森内尔因这项研究首次预测了质量与能量的等价关系，于1905年获得了奥地利科学院赫廷格奖（）。 但哈泽内尔并没有意识到这种等价关系背后的物理意义，因此他推导出了错误的系数。 很快，爱因斯坦发表了正确的质能公式，最终取代了哈塞尔公式。 这件事还有一个小插曲。 在20年代德国反相对论运动的鼎盛时期，哈泽内尔的工作曾被德国反相对论理论家用作爱因斯坦抄袭他人的证据。

此后，哈塞内尔转向统计力学的研究。 他试图修改经典统计力学并找到量子理论的基础。 哈塞内尔是较早研究量子论的人之一，曾应邀参加1911年和1913年在比利时布鲁塞尔举行的第一届和第二届索尔维会议。他对量子论的重要探索体现在《论量子论的基础》一文中。热力学理论”（“über die der Wärme”）。 他研究了普朗克谐振子能级公式，认为真实原子运动的周期与能量有关，试图从巴尔默谱频公式推导出氢原子能级，但由于看不出巴尔默公式的差异，因此关系两者之间的关系无法进一步明确揭示[3]。 后来，玻尔发现了量子理论和光谱定律之间的联系，并创造性地用量子化的原子结构解释了光谱定律。

2 玻尔兹曼的继承者

除了理论研究员之外，哈泽内尔还是一名大学物理教师。 1899年，他从荷兰莱顿返回维也纳后，获得了大学教书资格，成为维也纳大学的私人讲师。 1905年，他被任命为维也纳技术大学物理学副教授，向工程系和化学系的学生教授物理学。

1906 年 9 月，玻尔兹曼在意大利度假时自杀。 这个消息震惊了整个欧洲科学界，也给玻尔兹曼的同事和学生带来了沉重的打击，哈泽内尔也不例外。 “老物理研究所刚刚经历了玻尔兹曼的惨死。 哈泽内尔、埃克斯纳和许多其他玻尔兹曼学生因失去生命而悲痛欲绝，忙着进进出出。”

玻尔兹曼的地位对于维也纳大学来说极其重要，因为维也纳大学的理论物理学是在玻尔兹曼到来之后才正式成立的。 在此之前，维也纳大学没有设立理论物理教席，只有3个实验物理教席。 为了满足理论物理发展的需要，维也纳大学向当时还在慕尼黑大学任教的玻尔兹曼伸出了橄榄枝，并以优厚的待遇拉拢了玻尔兹曼。 玻尔兹曼由此成为该校第一位理论物理学教授。 到维也纳大学后，他提出不教实验物理，只教理论物理。 维也纳大学同意了他的请求，并将所有实验班都分配给了埃克斯纳。 玻尔兹曼只需专注于理论教学。 1902年，维也纳大学物理相关机构进行了重大重组。 其中一个重大变化是，从原物理研究所中分离出一个单独的理论物理研究所，由玻尔兹曼负责。 物理学的制度化基本完成。

玻尔兹曼去世后，维也纳大学不得不仔细寻找继任者。 第一个候选人是马克斯·普朗克，第二个是威廉·维恩，第三个是年轻的哈纳纳。 在未能获得前两名候选人后，维也纳大学选择了哈塞内尔作为他的继任者，担任维也纳大学理论物理研究所所长和该校理论物理教授。 这两个头衔都非常沉重，不仅承载着行政和教学的职责，还承载着玻尔兹曼巨大光环带来的压力。 事实上，无论谁成为玻尔兹曼这样一位享有盛誉的物理学家的接班人，都会感受到压力。 类似的情况也发生在爱因斯坦身上。 1912年，欧洲另一位著名物理学家亨德里克·洛伦茨希望爱因斯坦在莱顿大学接替他，但爱因斯坦以哈泽内尔的处境为由，礼貌地拒绝了，并对他表示同情。

不过，无论是在理论研究还是教学能力上，哈泽内尔都算得上是合格的接班人。 作为玻尔兹曼的学生，哈泽内尔非常熟悉他的工作，尤其是统计力学领域。 他上任后不久就发表了精彩的就职演讲，清楚地解释了玻尔兹曼在统计力学方面的工作。 哈泽内尔的教学能力也是有目共睹的。 早在他担任私人讲师时，他的课程就吸引了很多观众。 在这方面，他继承了玻尔兹曼平易近人的风格，对学生耐心，讲课逻辑清晰留学之路，板书书写有序。 哈泽内尔曾这样评价玻尔兹曼：“他从不表现出优越感。任何人都可以自由地向他提问，甚至批评他。谈话总是和平进行，学生总是受到平等对待。伙计。” 这个描述也可以用来形容哈泽内尔本人。

3 优秀理论教育工作者

玻尔兹曼去世后，维也纳大学的理论物理学处于瘫痪状态，课程暂停了10个月。 哈泽内尔的到来给被阴霾笼罩的理论物理研究所带来了希望。 他热情洋溢的就职演说具有鼓舞人心的力量维也纳大学，立即吸引了刚入学一年的薛定谔。 薛定谔说：“他对玻尔兹曼的介绍给我留下了深刻的印象。我认为玻尔兹曼的观点对我来说是无与伦比的重要，其影响力甚至超过了普朗克和爱因斯坦。” 这次演讲使他决心沿着玻尔兹曼的道路继续对物理学的探索。

年轻、热情、充满活力的哈泽内尔用自己的实际行动赢得了物理系学生的青睐。 在课程安排上，他基本上沿袭了玻尔兹曼任职期间的课程体系。 玻尔兹曼的理论物理课程是四年制的系统课程，包括经典力学、流体力学、弹性理论、电动力学和气体动力学理论，而哈塞内尔的理论物理课程也是四年制的课程。 一个周期，每周5次，但内容与时俱进，包括相对论、量子论等新兴物理理论。 他还在研讨会上与学生们讨论了最新的观点和想法。 可以说维也纳大学，他是最早将相对论和量子论引入课堂的教师之一，这与他很早就接受这些新思想有很大关系。 在他的影响下，他的学生很快从以太观念中解放出来，很快接受了量子观念。 课外时间，他和妻子会在家里热情地招待学生。 他热爱滑雪、登山等户外运动，也会和学生一起组织户外游览。

哈泽内尔在理论教学中孜孜不倦地播下的种子最终结出了丰硕的果实，他培养了一代年轻的理论物理学家。 薛定谔是哈塞尔内尔最好的学生。 他是量子力学的创始人之一，并因“发现了富有成效的原子理论新形式”而与保罗·狄拉克共同获得了 1933 年诺贝尔物理学奖。 他在大学期间几乎修完了哈森内尔的所有课程，并掌握了后来理论研究的大部分基础。 在薛定谔眼中，除了父亲之外，没有人比哈泽内尔对他的影响更大。 蒂林是哈泽内尔的另一位学生，后来致力于广义相对论的研究，并揭示了广义相对论衍生的参考系拖曳效应，后来被称为“兰斯-蒂林效应”。 在哈泽内尔的影响下，原本希望从事实验物理研究的蒂林转向理论物理领域，并最终成长为一名优秀的理论家。 蒂林在接受采访时表示，哈泽内尔是一位他在学术上和作为一名教师都钦佩的教授。

正当哈泽内尔以极大的热情投入到理论物理的研究和教学时，战争改变了一切。 第一次世界大战爆发后，哈森纳自愿参军，奔赴前线，在克拉科夫和蒂罗尔山区执行不同的任务。 1915年10月7日，他在蒂罗尔山区前线战场带头冲锋时，被手榴弹袭击，当场身亡。 遗憾的是，一位杰出的理论物理学家最终告别了他最亲密的亲友、尊敬他的同事、热爱他的学生，也就这样告别了他的理论研究和教学生涯。

纵观哈泽内尔的一生，他理论思想丰富，但却多次错过伟大的发现。 他擅长理论教学，为维也纳大学培养了优秀的理论物理人才。 他在短暂的一生中很好地诠释了一个优秀的理论物理学家也可以是一个优秀的思想传播者和教育者。