阿诺·索末菲

阿诺·约翰内斯·威廉·索末菲（Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld，1868年12月5日－1951年4月26日），德国物理学家，量子力学与原子物理学的开山始祖之一。他发现了精细结构常数，一个关于电磁相互作用的很重要的常数。他也是一位杰出的老师，教导和培养了很多优秀的理论物理学家。

索末菲是目前为止教导过最多诺贝尔物理学奖得主的人，他首先提出第二量子数（角量子数）和第四量子数（自旋量子数），并且提出精细结构常数和开创了X射线波动理论。

## 生平

索末菲的家乡，东普鲁士的柯尼斯堡有一所享负盛名的大学，柯尼斯堡大学。索末菲申请到在柯尼斯堡大学读书。他学习的是数学和自然科学。毕业后，他又继续攻读博士学位。数学家费迪南德·冯·林得曼是他的博士论文指导老师。而数学家阿道夫·赫维兹和大卫·希尔伯特及物理学家埃米尔·约翰·维舍特也让他受益良多。此外，他在参加德意志领邦同盟的学生联合会时脸上留下了因击剑造成的伤疤。索末菲在1891年(23岁)时取得博士学位。得到博士学位后，因为要领取教师证明，索末菲仍旧留在柯尼斯堡准备功课。1892 年，他顺利地通过了全国考试，获得教师证明。然后，他又进入军队服役，经过一年的训练，于 1893 年 9 月，完成兵役。但索末菲在服完兵役8年后又服了8周的自愿役。随着胡子的出现、逐渐变好的体格及普鲁士人的举止和脸上因击剑造成的伤疤，他给人一种身为轻骑兵里的上校的印象。

### 哥廷根大学

1893 年 10 月，索末菲幸运地靠着私人关系进入德国的数学中心哥廷根大学，成为 Theodor Liebisch 教授在矿产学院的助理。Theodor Liebisch 教授曾经在柯尼斯堡大学教过书，是索末菲家庭的老朋友。

1894 年 9 月，索末菲成为数学家费利克斯·克莱因的助理，纪录课堂的讲课内容。这样，学生可以在数学读书室温习他的笔记。他也是数学读书室的管理员。在克莱因的细心督导下，他通过了德语国家教授资格考试，准许他成为私人讲师 (Privatdozent)。1895 年开始，他正式任职为哥廷根大学的私人讲师。身为一位私人讲师，索末菲在哥廷根大学主要教导各种各样的数学和物理数学，他授课的解偏微分法更是哥廷根大学第一次开的课程，他再把内容加以整理后成为六册的教材《理论物理学讲义》中的一册《偏微分方程物理数学》。1895和1896这两年，在克莱因教导旋转物体之下，索末菲和克莱因出了一套四册的教材《Die Theorie des Kreisels》，这本书是他们13年(1897-1910)来的研究成果。前两册主要在谈理论，而后两册是有关地球物理学、天文学和科技的应用。由于跟克莱因的关系，让索末菲专心于应用数学和讲课的技巧。

在哥廷根大学，他遇到了未来人生的伴侣，约翰娜·赫普夫纳（Johanna Höpfner），哥廷根大学的政府官的女儿。1897 年10 月，索末菲被聘请为克劳斯塔尔工业大学的数学教授，继承物理学家威廉·维恩的位置。这个职位给予他足够的酬劳，能够维持一个家庭。于是，他与约翰娜·赫普夫纳共结良缘，养育了三个男孩，一个女孩，有一个快乐美满的家庭生活。

在克莱因的要求下，索末菲编辑了《数学科学百科全书》的第五册，这是他在1898到1926年的主要工作。

### 亚琛工业大学

1900 年，经过克莱因的大力介绍，索末菲被委任为亚琛工业大学，应用力学系的特别教授。在那里，他对流体动力学产生浓厚的兴趣。他发展出许多关于流体动力学的理论。后来，在慕尼黑大学，他的学生，路德维希·霍普夫（Ludwig Hopf）与维尔纳·海森堡也都继续流体动力学的研究，写出高品质的博士论文。

### 慕尼黑大学

1906 年，在物理学术界已颇具盛名，索末菲荣膺慕尼黑大学新成立的理论物理学院的主任。索末菲理论物理学院主任的职位是慕尼黑大学物理学院的威廉·伦琴院长所指派的。一直到十九世纪晚期与二十世纪初期，在德国，实验物理比理论物理更受重视，拥有较高的地位。可是，在二十世纪初期，理论物理学家，像慕尼黑大学的索末菲和在哥廷根大学的马克斯·玻恩，靠着他们的在数学方面的造诣与天赋，完全地将台面翻转过来，理论物理成为了主动者，而实验物理的角色缩化为理论的核对或促进。索末菲的博士学生，维尔纳·海森堡与沃尔夫冈·泡立，后来都因为在理论量子力学领域的贡献，分别获得了诺贝尔奖。而在取得博士学位后，包利、海森堡和瓦尔特·海特勒成为玻恩的助理，并且对量子力学的迅速发展有极大的贡献。

在慕尼黑，索末菲遇到爱因斯坦，开始接触到狭义相对论。那时，狭义相对论尚未被广泛的接受。索末菲在数学方面做了许多重要的贡献，给予狭义相对论更踏实的数学基础，帮助解释这理论的正确性，使许多仍旧持有怀疑态度的物理学家能够心服口服。1914年他与莱昂·布里渊共同研究电磁波的传播于色散介质。他也是量子力学的开山祖师之一。他提出的索末菲模型，是波耳模型的推广。他发现了精细结构常数，是电磁相互作用中电荷之间耦合强度的无因次度量。他写了一本关于原子理论的书，《Atombau und Spektrallinien》。这本书成为新一代物理学家学习原子理论的必读书。索末菲又将他的课堂讲义整理编辑，发表为一套六集的书籍，《理论物理学讲义》。

索末菲在慕尼黑大学教书三十二年，桃李满门，望重杏坛。索末菲知道如何发掘与招募优秀人才，提升他们对物理与数学的兴趣，培育他们成为理论物理的精英。虽然索末菲身兼教授与学院主任二职，他跟学生和同事之间并没有任何隔阂。他常常邀请他们共同合作，乐意地接纳他们尖锐的想法与建议。索末菲除了教一般和专业的课程，他也举办了许多研讨会和座谈会。ㄧ般课程包括力学、变形体力学、电动力学、光学、热力学、统计力学和解偏微分法。一个礼拜有4小时，冬天有13周而夏天有11周，这些课程提供给有参加实验物理课程的学生。此外，每周有2个小时的简报时间以供讨论问题。这些特别课程都是基于当前的热门题目及索末菲的研究兴趣。从这些课程的得到的结论，时常会出现在索末菲发表的科学文献。这些特别课程的目的是要解决当下理论物理的焦点问题，同时使他与他的学生共同有系统地了解这些焦点问题。在1942-1951年间，索末菲致力于编改课堂讲义，后来出版为六卷书籍《理论物理讲义》。

玻恩相信索末菲具有研究和发现事物的天分。爱因斯坦告诉索末菲：“我特别钦佩你的是你能够从层土中制造出那么多的年轻天才。”做为一位教授与研究院院长，索末菲的风格并没有使他与同事和学生们出现任何距离，他会邀请他们与他共同合作，而他们的点子往往会影响他做学问的想法。他会邀请他们到他的房子，并在研讨会前会和他们在咖啡屋会面。索末菲在山中有一个渡假屋。每当节庆假日，他总会欢迎他的学生和同事来渡假屋钓鱼、打猎、爬山、或滑雪，暂时放下手里的工作，欣赏大自然的美景。

1951 年，索末菲与两个孙子出外散步，不幸被车子撞倒。可惜伤势过重回天乏术，享寿 82 岁。

## 荣誉

索末菲一生得过无数的荣誉，像马克斯·普朗克奖章，洛仑兹奖章，奥斯特奖章。他被选入皇家学会，美国国家科学院，俄罗斯科学院，印度科学理工学院，以及许多其它在柏林，慕尼黑，哥廷根，威尼斯等等的科学院，并拥有许多大学颁发的荣誉博士学位。他唯一没有得到的是诺贝尔奖，但他曾经被提名 81 次之多，多过任何其它物理学家。也许是因为诺贝尔基金会比较偏好开疆辟土的发现或旋转乾坤的突破，而不是一生累积的成就。

2004年，为了纪念索末菲对于理论物理的贡献。慕尼黑大学新成立的理论物理中心命名为索末菲理论物理中心。

## 参阅

- 旧量子论

## 精选作品

- 阿诺·索末菲 “Some Reminiscences of My Teaching Career”, American Journal of Physics Volume 17, Number 5, 315-316 (1949). 接受奥斯特奖章时的演讲。

## 著作

- 阿诺·索末菲，《Mathematische Theorie der Diffraction》， Math. Ann. 47 317-374 (1896)
- 阿诺·索末菲，《Mathematische Theorie der Diffraction》，英文翻译，译者 Raymond J. Nagem， Mario Zampolli，与 Guido Sandri，(Birkhäuser Boston, 2003) ISBN 0-8176-3604-8
- 阿诺·索末菲，《Atombau und Spektrallinien》，(Friedrich Vieweg und Sohn, Braunschweig, 1919)
- 阿诺·索末菲，《Atomic Structure and Spectral Lines》，英文翻译，译者 Henry L. Brose，(Methuen, 1923)
- 阿诺·索末菲，《Atombau und Spektrallinien, Wellenmechanischer Ergänzungband》，(Vieweg, Braunschweig, 1929)
- 阿诺·索末菲，《Wave-Mechanics: Supplementary Volume to Atomic Structure and Spectral Lines》，英文翻译，译者 Henry L. Brose，(Dutton, 1929)
- 阿诺·索末菲，汉斯·贝特， Elektronentheorie der Metalle，编辑者 H. Geiger 与 K. Scheel，《Handbuch der Physik》， Volume 24, Part 2, 333-622 (Springer, 1933). 这篇接近三百页的文章后来又特别被发表为一本书：《Elektronentheorie der Metalle》，(Springer, 1967)
- 阿诺·索末菲，《Mechanik - Vorlesungen über theoretische Physik Band 1》， (Akademische Verlagsgesellschaft Becker & Erler, 1943)
- 阿诺·索末菲，《Mechanics - Lectures on Theoretical Physics Volume I》，英文翻译，译者 Martin O. Stern，(Academic Press, 1964)
- 阿诺·索末菲，《Mechanik der deformierbaren Medien - Vorlesungen über theoretische Physik Band 2》，(Akademische Verlagsgesellschaft Becker & Erler, 1945)
- 阿诺·索末菲，《Mechanics of Deformable Bodies - Lectures on Theoretical Physics Volume II》，英文翻译，译者 G. Kuerti，(Academic Press, 1964)
- 阿诺·索末菲 Elektrodynamik - Vorlesungen über theoretische Physik Band 3 (Klemm Verlag, Erscheinungsort, 1948)
- 阿诺·索末菲，《Electrodynamics - Lectures on Theoretical Physics Volume III》，英文翻译，译者 Edward G. Ramberg，(Academic Press, 1964)
- 阿诺·索末菲，《Optik - Vorlesungen über theoretische Physik Band 4》，(Dieterich'sche Verlagsbuchhandlung, 1950)
- 阿诺·索末菲，《Optics - Lectures on Theoretical Physics Volume IV》，英文翻译，译者 Otto Laporte， Peter A. Moldauer，(Academic Press, 1964)
- 阿诺·索末菲，《Thermodynamik und Statistik - Vorlesungen über theoretische Physik Band 5》， Herausgegeben von Fritz Bopp， Josef Meixner. (Diederich sche Verlagsbuchhandlung, 1952)
- 阿诺·索末菲，编辑 F. Bopp， J. Meixner，《Thermodynamics and Statistical Mechanics - Lectures on Theoretical Physics Volume V》，英文翻译，译者 J. Kestin，(Academic Press, 1964)
- 阿诺·索末菲，《Partielle Differentialgleichungen der Physik - Vorlesungen über theoretische Physik Band 6》， (Dieterich'sche Verlagsbuchhandlung, 1947)
- 阿诺·索末菲，《Partial Differential Equations in Physics - Lectures on Theoretical Physics Volume VI》，英文翻译，译者 Ernest G. Straus，(Academic Press, 1964)
- 阿诺·索末菲，《Three Lectures on Atomic Physics》，(London: Methuen, 1926)
- 阿诺·索末菲，《Lectures on Wave Mechanics Delivered before the Calcutta University》，(Calcutta University, 1929)
- 菲利克斯·克莱因，阿诺·索末菲，《Über die Theorie des Kreisels》，4 集 (Teubner, 1897)
- 菲利克斯·克莱因，阿诺·索末菲，《Über die Theorie des Kreisels》，4 集 (Teubner, 1897)

## 延伸阅读

- Beyerchen, Alan D. Scientists Under Hitler: Politics and the Physics Community in the Third Reich (Yale, 1977)
- Eckert, Michael Mathematics, Experiments, and Theoretical Physics: The Early Days of the Sommerfeld School, Physics in Perspective Volume 1, Number 3, 238-252 (1999)
- Jungnickel, Christa and Russell McCormmach. Intellectual Mastery of Nature. Theoretical Physics from Ohm to Einstein, Volume 1: The Torch of Mathematics, 1800 to 1870. University of Chicago Press, paper cover, 1990a. ISBN 0-226-41582-1
- Jungnickel, Christa and Russell McCormmach. Intellectual Mastery of Nature. Theoretical Physics from Ohm to Einstein, Volume 2: The Now Mighty Theoretical Physics, 1870 to 1925. University of Chicago Press, Paper cover, 1990b. ISBN 0-226-41585-6
- Kant, Horst Arnold Sommerfeld – Kommunikation und Schulenbildung in Fuchs-Kittowski, Klaus
- Laitko, Hubert
- Parthey, Heinrich
- Umstätter, Walther (editors) Wissenschaft und Digitale Bibliothek: Wissenschaftsforschung Jahrbuch 1998 135-152 (Verlag der Gesellschaft für Wissenschaftsforschung, 2000)
- Kirkpatrick, Paul Address of Recommendation by Professor Paul Kirkpatrick, Chairman of the Committee on Awards, American Journal of Physics Volume 17, Number 5, 312-314 (1949). Address preceding award to Arnold Sommerfeld, recipient of the 1948 Oersted Medal for Notable Contributions to the Teaching of Physics, January 28, 1949.
- Kragh, Helge Quantum Generations: A History of Physics in the Twentieth Century (Princeton University Press, fifth printing and first paperback printing, 2002) ISBN 0-691-01206-7
- Mehra, Jagdish, and Helmut Rechenberg The Historical Development of Quantum Theory. Volume 1 Part 1 The Quantum Theory of Planck, Einstein, Bohr and Sommerfeld 1900 – 1925: Its Foundation and the Rise of Its Difficulties. (Springer, 1982) ISBN 0-387-95174-1
- Pauling, Linus Arnold Sommerfeld: 1868 – 1951, Science Volume 114, Number 2963, 383-384 (1951)
- Singh, Rajinder 阿诺．索末菲 – 在德国的印度物理学支持者 Current Science 81 No. 11, 10 December 2001, pp. 1489-1494

## 外部链接

- 阿诺．索末菲传记 – 美国哲学会
- 阿诺．索末菲传记 – 苏黎世 ETH-Bibliothek
- 阿诺．索末菲师生系谱 - 数学家谱计划
- 阿诺．索末菲 - 德国的一位印度物理学的支持者
- 关于索末菲与莱纳斯·鲍林的化学结构研究的数位资料

## 基本资料

- 日语原文：阿诺·索末菲、Arnold Sommerfeld
- 出生日期：1868年12月5日
- 出生地：普鲁士王国柯尼斯堡
- 逝世日期：1951年4月26日
- 逝世地：西德慕尼黑
- 墓地：慕尼黑北部陵园
- 居住地：德国
- 国籍：德国
- 研究领域：物理
- 机构：哥廷根大学、克劳斯塔尔工业大学、亚琛工业大学、慕尼黑大学
- 母校：柯尼斯堡大学
- 博士导师：费迪南德·冯·林得曼
- 博士生：维尔纳·海森堡

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、沃尔夫冈·泡利

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、彼得·德拜

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、汉斯·贝特

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、保罗·彼得·埃瓦尔德、阿尔弗雷德·朗德、威廉·冷次、鲁道夫·佩尔斯、赫伯特·弗勒利希
- 著名学生：赫伯特·克勒默

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、莱纳斯·鲍林

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- 知名于：自由电子模型、精细结构常数、索末菲恒等式、索末菲-科塞尔位移定律、索末菲模型、奥尔－索末菲方程
- 获奖：马克斯·普朗克奖章 (1931)、洛仑兹奖章 (1939)、奥斯特奖章 (1949)