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如果說關於牛頓和愛因斯坦誰是物理學歷史上最偉大科學家還有爭論的話,那麼約瑟夫·約翰·湯姆森(Joseph John Thomson)是物理學歷史上最偉大的導師沒有任何爭論。

相較於舉世聞名的牛頓和愛因斯坦,湯姆森的名氣限於物理學界,並且湯姆森在物理上的貢獻與前面兩位完全不在一個量級,但是如果討論他們三位誰是更偉大的導師,那麼牛頓和愛因斯坦跟湯姆森完全不在一個量級。

誰是約瑟夫·約翰·湯姆森?

約瑟夫·約翰·湯姆森(1856-1940):英國物理學家,因在實驗上發現電子獲得了1906年的諾貝爾物理學獎,28歲便成為劍橋大學第三任卡文迪許教授。

湯姆森從小便展現了在科學上的天賦,14歲進入曼徹斯特大學,後來因為父親去世從曼徹斯特搬到了劍橋,進入劍橋大學繼續深造,24歲以優異的成績獲得劍橋大學學士學位,27歲獲得劍橋大學碩士學位。

湯姆森沒有博士學位(因為劍橋大學1919年才開始頒發博士學位),在他的導師瑞利爵士(第二任卡文迪許教授,1904年諾貝爾物理學獎得主)的力薦下,28歲的湯姆森成為第三任卡文迪許教授,這在當時引起了很大的爭議,因為另外兩位年長的候選者在各方面都優於年輕的湯姆森;不過後來湯姆森用他的表現證明了瑞利當年的選擇是完全正確的,卡文迪許實驗室在湯姆森的帶領下,成為了當時世界物理學中心、最著名的實驗室,沒有之一。

什麼是卡文迪許教授?

卡文迪許教授是劍橋大學的資深教授職位,是由威廉·卡文迪許公爵,為了紀念他的親戚,化學家和物理學家亨利·卡文迪許,用了6300英鎊在1871年成立的。毫無疑問,這是6300英鎊科學史上最明智的投資,因為這筆投資使得劍橋大學成為當時世界的物理中心,為英國和世界培養一大批著名的物理學家。

第一任卡文迪許教授是James Clerk Maxwell(麥克斯韋),他是毫無爭議的排名第三的物理學家,他在物理上的貢獻是統一了電磁場理論,預言了電磁波的存在,麥克斯韋方程組是世界上最偉大的公式,力壓牛頓的第二定律F=ma和愛因斯坦的質能方程E=mc^2,

第二任卡文迪許教授是瑞利爵士,瑞利爵士因為發現第一種惰性氣體氬而獲得了1904年的諾貝爾物理學獎,他同時也是湯姆森的導師,在瑞利爵士的帶領下,卡文迪許實驗室逐漸壯大。麥克斯韋雖然是一位偉大的物理學家,但他與牛頓和愛因斯坦一樣,並不是一位偉大的導師,並不擅長培養學生。

因為要去歐洲任教,瑞利爵士只擔任了5年的卡文迪許教授。在臨行之前,瑞利力排眾議,推薦他的學生、年僅28歲的湯姆森成為第三任卡文迪許教授。無論是資歷、還是在物理上的貢獻,年輕的湯姆森都趕不上另外兩名候選者,引起了劍橋大學其他教授的不滿,一位劍橋的資深教授甚至諷刺道:"Matters have come to a pretty pass when they elect mere boys Professors.(當他們選擇男孩當教授的時候,事情就變得漂亮了。)"最終的事實證明,瑞利爵士的眼光是正確的。

卡文迪許教授一直到現在仍然繼續存在,不過隨著科學中心從英國逐漸轉向美國,卡文迪許實驗室從世界最著名的實驗室變成了世界最著名的實驗室之一。

為什麼說湯姆森是物理學歷史上最偉大的導師?

湯姆森年紀輕輕就成為了第三任卡文迪許教授,也是劍橋大學物理系的主任,湯姆森接受來自全世界各地的學生申請劍橋的大學的碩士學位。在這樣的制度下,越來越多的優秀學生來到了卡文迪許實驗室,其中最著名的學生就是盧瑟福和波昂。

湯姆森的學生中,有6位獲得了諾貝爾物理學獎,2位獲得了諾貝爾化學獎,其中他獲得了1937年的諾貝爾物理學獎的GP湯姆森同時也是他的兒子。

他的得意門生盧瑟福(E. Rutherford),也是第四任卡文迪許教授,也帶出了7位諾貝爾物理學家,其中最出名的就是對量子力學的建立貢獻巨大的波爾(N. Bohr)。在湯姆森的整個學生體系中,一共有26位科學家獲得了諾貝爾物理學獎、2位科學家獲得了諾貝爾化學獎,其中包括中中國人熟知的華裔諾貝爾獎得主:李政道和楊政寧,他們是湯姆森的學生(Born)的學生(Fermi)的學生。

牛頓最出名的學生是Roger Cotes,最大的貢獻是幫助牛頓編寫他的名著《自然哲學的數學原理》;愛因斯坦就沒有培養出任何出名的學生,反倒是麥克斯韋的學生中還有一位知名度比較高,那就是在電磁場理論中知名的坡印廷;反觀湯姆森,他的學生中獲得諾貝爾獎的就一大堆,還不說那些沒有獲得諾貝爾獎的,另外,他學生的學生依然有不少人獲得諾貝爾獎,說明他不僅自己培養學生厲害,選學生的眼光也同樣厲害,這就使得湯姆森成為物理學歷史上最著名的導師。

前無古人,後無來者?

想象一下,如果中國出現了一個湯姆森,那麼對於中國科研的貢獻會是多大?即便出不了一個湯姆森,出一個盧瑟福或者波昂也行啊!但是這樣的情況是不可能的。

湯姆森帶領卡文迪許實驗室的時代正好趕上了粒子物理大發展的時代,卡文迪許實驗室擁有世界上最先進的儀器,在前人的工作基礎上,很容易發現新的粒子和新的現象,又趕上諾貝爾獎創立的初期,自然會有不少人獲得諾貝爾獎。

要想出現一個實驗室或者一個學派有多人獲得諾貝爾獎,必須是有一系列的新現象出現或者一門重要的新學科建立。而這樣的情況在現在不會出現,在將來也很難出現,離現在最近的出現新學科建立的時代是量子力學,他的學生波昂和學生的學生波爾在其中都扮演了重要的角色。

湯姆森在物理學歷史上扮演的角色,真是前無古人,後無來者,他除了自己天賦異稟之外,28歲就成為第三任卡文迪許教授、粒子物理和量子力學大發展對於他能培養出如此多貢獻卓著的學生同樣重要,這也是為什麼我會把文章的題目寫成——他是物理學歷史上最偉大的導師,沒有之一——的原因了。

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