一張合影封神！索爾維的財富與科學夢

人們總會想起那張“物理學史上最偉大的合影”：愛因斯坦、玻爾、薛定諤……幾乎整個現代物理的奠基者都在場。而這場被稱為“最牛物理學會議”的聚會，源于一位對科學懷有忠實信念的比利時實業家——歐內斯特·索爾維。他憑借自己的發明積累財富，又以滿腔熱忱推動科學事業發展，為科學家搭建思想碰撞的舞臺。一個世紀后，“索爾維會議”的精神仍在延續。

2025年是量子力學百年華誕，被聯合國大會定為“國際量子科學技術年”。一個世紀以來，量子力學從根本上改變了人類對物質結構及其相互作用的認知，與相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱。在量子世界中，光具有波粒二象性，粒子的位置和動量無法同時精確測量，而相距遙遠的粒子間可以存在量子糾纏。

量子力學起源于20世紀初馬克斯·普朗克（Max Planck）關于黑體輻射、阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）關于光電效應等 “舊量子論” 的研究。1920年代中期，尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）、維爾納·海森堡（Werner Heisenberg）、埃爾溫·薛定諤（Erwin Schr?dinger）、保羅·狄拉克（Paul Dirac）等人正式建立了現代量子力學的完整數學框架，馬克斯·玻恩（Max Born）是在科學文獻中最先給出術語 “量子力學” 的物理學者[參見Born, M. über Quantenmechanik. Z. Physik 26, 379–395 (1924)]。

關于量子力學的發展，不能不提到極負盛名的“索爾維會議”以及它的贊助人——歐內斯特·加斯頓·約瑟夫·索爾維（Ernest Gaston Joseph Solvay，1838-1922）。特別是在1927年的第五屆索爾維會議上，幾乎所有奠定了量子力學的基礎、對量子理論近代發展做出貢獻的著名科學家都出席了這次會議，因此被譽為 “最牛物理學盛會” 。

圖1 第五屆索爾維會議合影

今年五月的一天，筆者在比利時首都布魯塞爾 City Walk，路過歐洲區的利奧波德（Leopold）公園，偶遇公園池塘邊一座折衷主義風格的兩層樓房。樓前的牌子上說明這里以前是索爾維生理學研究所，現為埃米爾·雅克曼（émile Jacqmain）中學主樓。第五屆索爾維會議就在這棟樓房里舉行，牌子上還貼出了當年在樓前拍攝的那張“物理學歷史上最偉大的合照”（圖1），將世界頂尖物理學家齊聚一堂的場景展現得淋漓盡致。

圖2 第五屆索爾維會議會址（筆者攝）

索爾維的發明和創業

歐內斯特·索爾維是比利時重要的發明家、工業化學家和實業家，索爾維公司（Solvay & Cie）的創始人。他于1838年在比利時勒貝克（Rebecq）出生，1922年逝世于布魯塞爾首都大區的伊克塞勒（Ixelles）市鎮。19世紀下半葉正值第二次工業革命的黎明，人們篤信通過科學和工業實現社會進步。托馬斯·愛迪生（Thomas Edison）、阿爾弗雷德·諾貝爾（Alfred Nobel）、亞歷山大·貝爾（Alexander Bell）以及索爾維等人都是這一時期的標志性發明家和企業家。

索爾維雖然是當年的比利時首富，卻始終認為財富并不是最終目的，致力于成為一個科學的傳播和推動者才是他畢生的追求，并將科學視為自己的“第五個孩子”。他捐出萬貫家財，創辦了多個教育機構，支持了許多福利設施，成為當時科學研究的偉大贊助人和社會進步的推動者，享有國際盛譽。

圖3 歐內斯特·索爾維的肖像（左）和塑像

索爾維的父親亞歷山大·索爾維（Alexandre Solvay）是一位商人、采石場主和鹽廠經營者。索爾維自幼受父親影響，對物理、化學和自然歷史著迷，但他在16歲時因病退學，無法進入大學學習。盡管如此，索爾維還是得到了中學的科學教授、畢業于蒙斯礦業學院（l’école des Mines de Mons）的馬卡杜斯（Macardus）修士的指導。他自學化學和工業流程，經常參加化學和物理方面的公開講座、參觀工業博物館和理工學院。

索爾維21歲時進入叔叔的煤氣廠工作，他在實驗中把煤氣廢液加熱，釋放出氨和二氧化碳，將氨溶解到鹽溶液中析出碳酸氫鈉，再通過煅燒碳酸氫鈉產生出碳酸鈉（ Na2CO3），即俗稱的蘇打或純堿。索爾維曾回憶道：“ 我打算制造當時很昂貴的碳酸銨，但是沒有成功。我想起小時候的鹽，就將它們在試管里溶在水中搖晃，結果得到了蘇打。”

蘇打的故事如同煉金術一樣，可以追溯到古埃及，人們從干涸的湖床中提取泡堿，用于制作木乃伊和玻璃。然而到了18世紀末，這些天然資源已無法滿足肥皂、紡織和玻璃等行業對碳酸鈉的需求。1791年，法國醫生尼古拉斯·勒布朗（Nicolas Leblanc）開發了一種生產碳酸鈉的工藝，人們在工業上使用硫酸、鹽水等原料來生產純堿。然而這種方法成本高昂，產品純度較低，而且對環境有害，探索制堿新方法的需求一直存在。

索爾維將簡單的實驗室工藝轉化為可擴展的工業生產的突破性方法，于1863年成功申請了專利，用于生產天然狀態下極為稀少的碳酸鈉，這一方法稱為“氨堿法”或“索爾維法”。碳酸鈉是許多工業應用中必不可少的化合物，索爾維法不僅降低了生產成本，還最大限度地減少了對環境的影響，至今仍是制造碳酸鈉最重要的化學工藝。

索爾維在比利時庫耶（Couillet）建立了第一家工廠，后來又在法國南錫建造了一座更大的工廠，他與兄弟阿爾弗雷德·索爾維（Alfred Solvay）以及融資合伙人一起奠定了日后化工王國的基礎，索爾維工藝成為改變化學格局、刺激經濟增長的基石，代表了 現代精密化學工程的開端。在經歷了初創時期的艱難歲月后，索爾維公司從1870年起開始向英、德、俄、美等工業化國家擴展業務，迅速發展成為當時最大的跨國公司之一。

20世紀初，全球95%的純堿均使用索爾維法生產。20世紀上半葉，公司安然度過兩次世界大戰。索爾維的創新理念不僅徹底改變了純堿生產，更奠定了公司在瞬息萬變的世界中不斷革新、銳意進取的基礎。經過160多年的發展，當今的索爾維集團已成為全球化工行業的領導者。2023年，索爾維分拆為兩家獨立公司，其特種化學品部門由Syensqo接管。

偉大的科學贊助人和推動者

1967年之前索爾維公司一直保持合伙制經營模式，管理層幾乎全部由索爾維家族成員組成。索爾維率先在自己的工廠中建立了社會保障體系：1878年起為工人及家屬提供免費醫療服務、病假工資和工傷賠償，1899年為工人提供養老保障，1908年開始八小時工作制，1913年引入帶薪假期并開展職業再培訓，由此勾勒出一種基于勞動力市場組織及國家參與的社會結構。

索爾維晚年成為一位政治家和慈善家，1889年當選為比利時國會參議員。他主張人人完全平等，極力倡導教育、科學和社會福利改革。索爾維還創建了許多社會項目，1914年他與比利時其他工業家和銀行家一起創辦了國家救濟和糧食委員會并擔任主席，在第一次世界大戰期間為比利時的物資供應發揮了重要作用。1918年11月，比利時國王阿爾貝一世（Albert I）任命索爾維為國務大臣。

圖4 1913年索爾維（前排中）、他的長子阿曼德（Armand Solvay，后排中）和侄子路易（Louis Solvay，后排左），以及公司管理層其他人員

1897-1899年間，索爾維贊助了比利時的第一次南極探險，探險隊發現的一條山脈以他剛出生的孫子歐內斯特-約翰·索爾維（Ernest-John Solvay）的名字命名。索爾維是一名登山愛好者、比利時阿爾卑斯俱樂部成員，他于1904年捐資在阿爾卑斯山脈馬特洪峰（Matterhorn）上建造了“索爾維避難所”（Solvay Refuge）。這是瑞士阿爾卑斯俱樂部擁有的最高山間小屋，海拔4003米。

索爾維的慈善事業始終專注于科學和教育，在其全球工業基地為兒童安排并資助了日托、小學和夏令營。1913年，為慶祝索爾維集團成立50周年，集團向歐洲、美國和剛果的大學捐贈了巨額善款，并在布魯塞爾建立了一所工人教育學院，為最有天賦的員工提供獎學金。杰出的洞察力與好奇心還促使索爾維資助了一系列研究項目，包括瑪麗·斯克沃多夫斯卡-居里（Marie Sk?odowska-Curie，圖1前排左三）的放射性實驗。

索爾維年輕時不得不克制住對“純粹科學”的濃厚興趣，專注于工業中使用的技術，索爾維公司是他涉足科學技術的第一個地方。在初創時期由于缺乏化學專業知識，他經常求助于布魯塞爾的化學教授，并保持了長期合作關系。物理學是索爾維最熱愛的科學，他曾研究自創的“引力-物質”理論，嘗試開發將蒸汽冷凝產生電力的電機等，但均由于缺乏嚴謹性及違背科學原理而失敗。盡管普遍不被認可，索爾維從未失去自信。他花費巨資進行個人研究，終其一生樂此不疲。

索爾維不是一個置身事外的贊助者，而是以盡職盡責的組織者的身份，致力于推動純粹科學和應用科學的發展。他深受美好年代（Belle époque）科學主義和實證主義的影響，其看似雜亂無章的各種科學探索，實際上源于統一的哲學理念。索爾維的偉大夢想是通過整合物理化學、生物生理學和社會學這三個學科，建立一個普遍的科學秩序。他逐漸意識到依靠專業人士的重要性，成為布魯塞爾自由大學的主要贊助人，在該校創立了社會學研究所（1894）、生理學研究所（1895）和索爾維商學院（1903）。

索爾維在社會科學方面的投入對于19世紀末哲學和法學領域布魯塞爾學派的誕生發揮了重要作用。由于索爾維以及多位銀行家和科學家的支持和資助，布魯塞爾科學城在布魯塞爾自由大學老校區——美麗的奧波德公園正式落成，由著名建筑師設計的各個研究所的建筑散布公園各處。

20世紀初，索爾維和比利時國王共同創立了用于科學研究的比利時國家基金會，他的熱情特別體現在布魯塞爾國際物理和化學研究所（1912-1913）的創建過程中。物理和化學是索爾維事業的起源，這兩門學科也成為最后受益于其資助的領域，為此他建立了一個本地團隊和國際專家網絡。在德國物理學家和化學家瓦爾特·能斯特（Walther Nernst）的建議下，索爾維出資創立了以自己的名字命名的國際學術會議。其法語正式名稱是Conseils Solvay，即“索爾維理事會”。與早期物理學會議不同，索爾維會議是一個僅限于為數不多的受邀者參加的研討會，就基礎科學的特定主題進行討論，旨在為解決異常困難的學術問題做出貢獻。

索爾維國際物理和化學研究所就是在此基礎上應運而生，以1911年第一屆索爾維會議模式為基礎，研究所負責定期組織索爾維會議。索爾維在世時一共舉辦了1911年、1913年和1921年的前三屆索爾維物理學會議。在他去世前一個月的1922年4月，舉辦了第一屆索爾維化學會議，討論了同位素與放射性、分子結構與X射線、分子結構與旋光性、價鍵以及化學遷移率。索爾維公司的許多辦公室墻壁上都掛著圖1那幅真人大小的第五屆索爾維物理會議合影，以此紀念公司的歷史傳承及其對科學事業的奉獻。

劃時代的索爾維會議

1900年，德國物理學家普朗克（圖1前排左二）在研究黑體輻射時首次提出能量量子化假說，光作為能量波的經典理論受到挑戰，愛因斯坦（圖1前排左五）1905年發表的光電效應研究也支持這一假設。1911年10月30日至11月3日間召開的首屆索爾維會議以 “輻射與量子理論” 為主題，邀請了23位當時歐洲最杰出的物理學家，其中有3位諾貝爾獎得主、7位后來獲得諾獎（瑪麗·居里計算兩次）。索爾維在開幕式上提交了自己不斷完善的“引力-物質”理論文章，希望能夠進行討論，然而這一提議并未被采納[參見Eur. Phys. J. Special Topics 224, 2075–2089 (2015)]。

由于語言和文化的障礙以及強烈的民族自尊心，在當年的歐洲物理學界，學術討論限制在德、法、英的不同科學圈內，相互之間缺乏理解和交流。第一屆索爾維會議打破了這些壁壘，在1902年諾貝爾物理學獎得主、通曉多種語言的會議主席亨德里克·洛倫茲（Hendrik Lorentz，圖1前排左四）幫助下，與會者對經典物理學和量子理論之間的關聯和沖突進行了深入探討和激烈辯論，這次會議被認為是現代物理學的轉折點。

時年32歲的愛因斯坦是參加首屆索爾維會議第二年輕的物理學家，他向科學界的廣泛群體展示了自己的才華。這次會議正值瑪麗·居里個人經歷巨變之際，幾年前她經歷了喪夫之痛，并且即將獲得第二次諾貝爾獎。然而她與另一位與會者保羅·朗之萬（Paul Langevin，圖1前排左六）的秘密戀情被法國媒體曝光，使她陷入一場威脅其科學遺產的風暴中。愛因斯坦在瑪麗·居里的艱難時期給予支持，兩人之間的相互欽佩和尊重以及終生友誼正是源于這屆索爾維會議上的相遇。

2021年，索爾維公司前化學工程師和業務主管杰弗里·奧倫斯（ Jeffrey Orens）出版了《天才的靈魂：瑪麗·居里、阿爾伯特·愛因斯坦和改變科學進程的會議》（The Soul of Genius: Marie Curie, Albert Einstein, and the Meeting that Changed the Course of Science）一書，探討了1911年首屆索爾維會議、愛因斯坦與瑪麗·居里的初次會面，以及這兩位科學巨人對當時動蕩不安的物理學界的影響。

圖5 第一屆索爾維會議合影，坐者左三是索爾維、 右二是瑪麗·居里，站立者右二是愛因斯坦

1927年10 月 24-29日舉行的第五屆索爾維會議或許是史上最著名的物理學會議，會議以“電子與光子”為主題，新近形成的量子理論成為討論焦點，洛倫茲連續擔任五屆索爾維主席。愛因斯坦已經因 “發現光電效應原理” 獲得1921年諾貝爾物理學獎（1922年頒發），一戰后阻礙德國科學家參加索爾維會議的偏見也已基本消除，這場學術盛會使得科學家們突破了地域和學派的限制。

在29位與會者中，有17位已經或即將成為諾貝爾獎得主。其中玻爾（圖1二排左九）提出量子躍遷和互補原理，玻恩（圖1二排左八）引入量子力學的概率詮釋 ，路易·德布羅意（Louis de Broglie，圖1二排左七）提出物質波理論，沃爾夫岡·泡利（Wolfgang Pauli，圖1三排左八）提出不相容原理，海森堡（圖1三排左九）提出了不確定性原理，狄拉克（圖1二排左五）和薛定諤（圖1三排左六）奠定了量子力學的基本方程。

在這次會議上，科學家們圍繞波粒二象性、時空因果律、不確定性原理問題進行了深入探討。以玻爾為代表的哥本哈根學派和以愛因斯坦為代表的質疑者對于量子力學的完備性和隨機性展開了空前激烈的“玻爾-愛因斯坦之爭”。愛因斯坦提出了雙縫衍射等思想實驗，力圖證明不確定性原理與量子力學形式體系之間的內在矛盾。他認為“上帝不會擲骰子”，而玻爾的回敬則是：“愛因斯坦，不要再告訴上帝應該怎么做”。

相關爭論一直持續到由朗之萬主持的1930年的第六屆索爾維會議以及之后更長時間。愛因斯坦在1930年會議上提出了著名的光子盒實驗，被玻爾用廣義相對論中的引力紅移公式加以反駁。1935年愛因斯坦及合作者又以ERP佯謬發起反攻，指出定域實在論與量子力學完備性之間的矛盾。這場世紀之爭對于量子力學的現代理解以及量子技術的發展產生了深遠影響，玻爾創建的“哥本哈根詮釋”成為物理學界的主流觀點。

圖6 愛因斯坦分別與瑪麗·居里（1929年）、玻爾（1930年索爾維會議）

寶貴的歷史遺產

2023年，聯合國教科文組織決定將索爾維國際物理和化學會議檔案（1910-1962）列入 “世界記憶遺產名錄”，這些檔案展現了20世紀初以來科學國際主義及國際合作傳統的延續。索爾維會議是最早的國際物理科學會議之一，特別是在1911-1927年間的前五屆索爾維物理學會議上，確立了對量子力學理論的詮釋，見證了相對論的誕生，以及基于對原子結構和化學鍵的探索而興起的新化學。

1933年的第七屆索爾維會議以“原子核的結構及特性”為主題，標志著一個新紀元——核物理時代的開啟，兩位年輕的與會者恩里科·費米（Enrico Fermi）和歐內斯特·勞倫斯（Ernest Lawrence）后來成為曼哈頓計劃的關鍵科學家。這是二戰爆發前，也是瑪麗·居里生前參加的最后一次會議，她參加了前七屆全部索爾維會議。

1950年代 “大科學”的興起，徹底改變了物理學家們參與科學發現的方式。他們作為大型研究團隊的成員，在大型實驗室中協同工作。他們在科學期刊、數據庫和電子資源上投入大量時間，幾乎實時了解全球范圍內各自領域的科學進展，同行評審等新的辯論和批判性分析形式也應運而生。早期索爾維會議在很多方面預示了今天所經歷的一切：它是一個科學精英們可以就頗具爭議的學術問題會面、交流和辯論的獨特論壇和實體空間。

索爾維模式誕生于科學界探索物質屬性和物理定律等 基本認識論的時代，其精神在新時代延續。除了因兩次世界大戰中斷外，索爾維物理學會議和化學會議原則上每三年各舉辦一次，至今已舉辦了29屆物理學會議和27屆化學會議，涵蓋了百余年來物理學和化學的重大議題。

圖7 2013年索爾維175歲誕辰時的紀念章

阿爾弗雷德·諾貝爾和歐內斯特·索爾維是兩位載入科學史冊的偉人，在某些方面有著驚人的相似之處。兩人是同時代的發明家、實業家和慈善家，都沒有接受過正規的高等教育，差不多同時申請專利和建廠，均通過科學技術和工業創新積累了巨額財富。諾貝爾發明了硝酸甘油炸藥，索爾維開發了純堿生產工藝。兩人堅信人類的一切進步——無論是物質的、智力的還是道德的——都是通過科學實現的。

諾貝爾和索爾維以科學普世主義的理念為基礎，不分科學家的國籍、種族或宗教信仰，通過支持全球科學事業展現了國際主義的愿景。諾貝爾用巨額遺產設立了諾貝爾獎，表彰和獎勵那些取得重大突破的科學家以及為全人類利益做出貢獻的人，今年恰逢諾貝爾簽署遺囑130周年。索爾維則慷慨資助國際科學會議和研究機構，促進了世界頂尖物理學家之間的批判性討論與合作，影響了數十年來科學研究的方向。

在量子力學的百年歷程上，諾貝爾獎與索爾維會議緊密聯系、互相成就、延續至今。2005年的第23屆 “量子結構中的空間與時間”索爾維會議、2011年的 第25屆 “量子世界理論” 索爾維會議，以及2022年的第28屆 “量子信息物理學”索爾維會議，均由2004年諾貝爾物理學獎得主之一戴維·格羅斯（David Gross）擔任主席或聯合主席。

而今年10月7日頒布的諾貝爾物理學獎授予在美國工作的三位量子物理學家， 表彰他們“發現了電路中的宏觀量子力學隧穿和能量量子化”，這項成就打開了在更大尺度上研究量子世界的一扇門。

2013年，索爾維公司設立了“歐內斯特·索爾維獎”，旨在表彰對化學做出基礎性貢獻并可能對工業產生影響的科學家。迄今已有四位該獎得主獲得諾貝爾化學獎，其中一位就是今年諾貝爾化學獎新科得主之一、日本科學家北川進（Susumu Kitagawa）。

在學術遺產外，索爾維家族還在布魯塞爾留下諸多印記，其中最著名的建筑“索爾維公館”是索爾維的長子阿曼德托建的私人住宅，由新藝術運動早期發起者之一的比利時建筑師維克多·奧爾塔（Victor Horta）設計。索爾維公館與另外三座住宅一起，同為19世紀末歐洲建筑中最引人注目的先鋒作品。這些房屋以其開放的設計、光線的散播、裝飾刻線與建筑結構極其出色的結合為特征，代表了建筑風格上的革命，2000年列入聯合國教科文組織世界文化遺產名錄。然而，索爾維家族在同一條大街上的另兩處宅邸卻已不復存在。

圖8 索爾維公館內部

致謝 感謝中國科學院物理研究所曹則賢研究員對于量子力學的考證，并提供文獻。 注：文中圖片除特別指明外均來自互聯網

原標題：一個富豪締造的科學夢想，其精神延續了上百年

來源：返樸

編輯：Bingbing

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