通往诺贝尔奖之路的十个科学家族(上)

科学日期:2021-05-04 21:12

科学家们常常将最亲近的合作者当做自己的亲人看待,而对于有些科学家而言,他们的合作者就是他们的家人。无论是由于遗传因素、教育因素还是二者的综合影响,那些开创性的物理学研究往往是一项家庭事业。

从杰出闪耀的伯努利家族到求知若渴的居里夫妇,许多著名的数学和物理学家庭都为拓宽人类对自然的认知做出了巨大的贡献。

其中有一个家族诞生了8位数学家,其他家庭则分别获得过多项诺贝尔奖项(Nobel Prize)。下面一系列精美的图片向我们介绍了10个物理学/数学家族

01 巴丁家族:两次获得诺贝尔物理学奖的人

美国物理学家约翰·巴丁(John Bardeen,1908-1991)因半导体工作及发现晶体管效应而与他人共同获得1956年诺贝尔物理学奖,并于1972年因超导的BCS理论再次获奖。巴丁因此而成为第一位、也是目前为止唯一一位两次获得诺贝尔物理学奖的人。

他的大儿子詹姆斯(James)则以广义相对论的工作而闻名,尤其是他对黑洞热力学公式推导所作出的贡献。詹姆斯目前是华盛顿大学的荣誉教授及圆周理论物理研究所的杰出访问研究员。

巴丁的二儿子威廉(William)是费米实验室的理论物理学家。巴丁的女儿伊丽莎白(Elizabeth)作为一名电脑程序员曾为波斯顿城市医院设计应用系统,并与麻省理工学院(MIT)的物理学荣誉教授托马斯·J·格雷塔克(Thomas J.Greytak)结为连理。

02 伯努利家族:8个数学家

从1654年到1759年,伯努利家族三代人诞生九位学者,他们为包括微积分学、流体力学、概率论和统计学在内的应用数学及物理学的基础研究做出巨大贡献。

第一代:雅各布(Jacob,1654-1705)尼古拉斯(Nicolaus)约翰·伯努利(Johann Bernoulli,1667-1748)是出生于瑞士巴塞尔的三兄弟。大哥雅各布和弟弟约翰都是著名的数学家:雅各布是伯努利数的命名来源,他在概率论、微分方程、无穷级数求和、变分方法、解析几何等方面均有很大建树,是公认的概率论先驱之一;而约翰则是微积分的早期应用者,他发明了指数运算,提出洛必塔法则、最速降线和测地线问题,给出求积分的变量替换法。与此同时,他们都是变分法的创建者之一。值得一提的是,约翰培养了一大批出色的数学家,其中包括18世纪最著名的数学家欧拉、瑞士数学家克莱姆、法国数学家洛必塔,以及他自己的儿子丹尼尔、尼古拉斯第二等。

第二代:尼古拉斯的儿子尼古拉斯第一(Nicolaus I,1687-1759)成长为一名数学教授。而约翰的孩子们中,尼古拉斯第二(Nicolaus II,1697-1726)是一名著名的数学教授,但却在31岁死于发热;丹尼尔(Daniel,1700-1782)博学广识,其成就涉及多个科学领域,他致力于流体力学,给出伯努利方程等基础理论,并在概率论中引入正态分布误差理论,编写了第一个正态分布表,成为概率论及统计学先驱;约翰第二(Johann II,1710-1790)则是一名著名的数学家和物理学家,他把光看作弹性介质中的压力波,导得微分方程并用级数求出它的解。

第三代:约翰第二的儿子约翰第三(Johann III,1744-1807)是一位神童,他在19岁时就当选为柏林皇家天文学家。他在研究的同时遍游四海,不久后又被任命为柏林科学院数学系主任。而约翰第三的弟弟雅各布第二(Jacob II,1759-1789)则是一位数学家和物理学家,但不幸在29岁时溺水身亡。

03 玻尔家族:进国家足球队踢奥运会的数学家

丹麦物理学家尼尔斯·玻尔(Niels Bohr,1885-1962)是二十世纪当之无愧的物理学巨擘。他首次将量子概念应用于原子和分子结构中,为量子力学的发展奠定了基础,并因此获得了1922年诺贝尔物理学奖。他通过引入量子化条件,提出了玻尔模型来解释氢原子光谱;提出互补原理和哥本哈根诠释来解释量子力学,他还是哥本哈根学派创始人,对二十世纪物理学的发展产生了深远的影响。

尼尔斯的儿子奥格(Aage,1922-2009)因发现原子核结构获得1975年诺贝尔物理学奖。奥格接替父亲的职位,出任了哥本哈根大学理论物理研究所主任(1965年尼尔斯去世三周年时,该研究所被命名为尼尔斯·玻尔研究所)。

尼尔斯的弟弟哈那德(Harald,1887-1951)也同样出色。他是数学分析的先驱,奠定了周期函数研究的主要基础,他也是哥本哈根大学的数学教授。同时,他担任中卫的丹麦国家足球队获得了1908年夏季奥运会的足球亚军。

04 布拉格父子:唯一一对同时获奖的父子

能斩获两次诺贝尔奖的科学家族确有几个,但父子同时获奖的例子却只有这一个。英国物理学家威廉·亨利·布拉格(William Henry Bragg,1862-1942)与其澳大利亚出生的儿子劳伦斯(Lawrence,1890-1971)通过对X射线谱的研究提出了晶体衍射理论,并因此提出了布拉格定律,同时也改进了X射线分光计,因而获得1915年诺贝尔物理学奖。时年25岁的劳伦斯是迄今为止最年轻的诺贝尔奖得主。这对父子在此后的几十年间都致力于解析晶体结构,布拉格这个名字几乎是现代结晶学的代名词。

05 居里家族

在几代人都从事物理研究的家族中,居里家族可谓首屈一指。

玛丽·斯卡洛多斯卡·居里(Marie Sklodowska Curie, 1867-1934)和他的丈夫皮埃尔·居里(Pierre Curie, 1859-1906)两人与亨利·贝克勒尔(Henri Becquerel, 1852-1908)因在放射学方面的深入研究和杰出贡献,共同获得了1903年的诺贝尔物理学奖。他们在1902年提炼出了十分之一克极纯净的氯化镭,并准确地测定了它的原子量,从此的存在得到了证实。1911年,居里夫人因发现放射性元素钋和镭,再次获得诺贝尔化学奖

居里夫妇的大女儿伊雷娜·约里奥·居里(Irène Joliot-Curie, 1897-1956)继承了家族传统,因为对人工放射性的研究和丈夫弗雷德里克·约里奥(Frédéric Joliot, 1900-1958)共同获得了1935年诺贝尔化学奖。夫妻俩还于1948年领导建立了法国第一个核反应堆。

小女儿艾芙·居里(Ève Curie, 1904-2007)成为了一名作家和记者,曾撰写其母传记《居里夫人传》(Madame Curie)。尽管她并没有获得诺贝尔奖,但她的丈夫、美国驻希腊大使小亨利·理查森·拉布瓦塞(Henry Richardson Labouisse, Jr.)(1904-1987)曾代表联合国国际儿童基金会(UNICEF)获得了1965年诺贝尔和平奖

伊蕾娜和弗雷德里克的孩子们同样都成长为科学家:海伦·郎之万·约里奥(Hélène Langevin-Joliot)是一名核物理学家;皮埃尔·约里奥(Pierre Joliot)则是著名生物学家。

虽然八卦是不对的,但是你们肯定知道和居里夫人有绯闻的法国物理学家皮埃尔生前的学生保罗·朗之万(Paul Langevin, 1872-1946),没错就是贡献朗之万动力学以及朗之万方程的那位。多年后,居里夫人的孙女嫁给了朗之万的孙子。

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