威利斯·兰姆

1947 年春天，哥伦比亚大学的一间实验室里，一套自己动手搭的微波装置跑通了：氢原子被拆成原子、送成束，穿过一段射频场，最后打在金属靶上。数出来的电流告诉兰姆，氢原子有两条按狄拉克方程本该完全重合的能级，中间差着约一千兆赫。这个数字让量子场论里算了二十年也没算清的账，突然有了必须对上的目标。

一个下棋的少年

威利斯·尤金·兰姆 1913 年 7 月 12 日生于洛杉矶，是三个男孩里的老大。父亲是从明尼苏达来的电话工程师，母亲来自内布拉斯加。他在洛杉矶的公立学校读书，中间有三年在奥克兰。眼睛的毛病跟他一辈子。少年时他棋下到过全国比赛的水平，在棋手和物理学家之间摇摆了一阵，最后选了物理。

1930 年他进伯克利，先读的是化学。物理化学家吉尔伯特·路易斯劝他去做实验，理由颇为实在：万一哪天想不出题目，至少还能擦实验室的玻璃。他没有听从，转去跟奥本海默读理论。

两个人的气质差得很远：奥本海默喜欢大笔触，画完轮廓就走；兰姆要把每一步都算清楚。两人却从没有合作发表过东西。1938 年兰姆以原子核电磁性质的论文拿到博士，随后和刚把他招去哥伦比亚的拉比一起，从伯克利开车横穿美国到纽约——这段路后来被他讲了很多年。

晶体里的反冲，和战争送来的微波

到哥伦比亚后他进了拉比的分子束实验室。1939 年他发表了一篇后来很有名的短文《晶体中原子对中子的俘获》：一个被晶格锁住的原子核吸收中子时，反冲动量由整块晶体承担，因此可以没有反冲损失。二十年后穆斯堡尔用伽马射线把这个效应做了出来，它因此又叫兰姆-穆斯堡尔效应。

战时他进了哥伦比亚辐射实验室，第一次亲手接触微波雷达和真空管制造。实验室里有一项课题是测厘米波在大气水汽里的吸收系数，他的兴趣就是从那上面起的——那门学问战后成了微波波谱学，而他后来要量的那个能级差，也只有微波够得着。

一道只有一千兆赫宽的缝

1945 年夏天备课时，他从赫茨伯格那本教科书的参考文献里注意到，1930 年代几次想用无线电波量氢原子 $n=2$ 能级的实验都失败了。他花了将近一年想出一个能绕开失败原因的方案，又劝动同在哥伦比亚的雷瑟福来动手。1947 年春天装置跑通，6 月他在谢尔特岛会议上报告了结果。这个实验是怎么做成的，见本站「兰姆位移」页。

它引出的是一场理论上的连锁反应：贝特在会议返程的火车上算出了第一个估值，施温格、费曼、朝永振一郎随后把它做成完整的理论。一个具体的数字，比一打哲学争论更能逼着理论往前走。 1955 年，诺贝尔物理学奖的一半给了兰姆，另一半给了同系的库施。

从牛津到耶鲁

1951 年他转去斯坦福。在那里，他收了一个从哥伦比亚转过来的研究生，名叫西奥多·梅曼——兰姆需要的是懂精密电子测量的人，梅曼正好是。两人一起量出氦原子 $3^{3}P$ 的精细结构，论文 1957 年发表；而梅曼自己盯上了另一个方向，三年后在休斯实验室做出了第一台激光器。

1956 年兰姆受聘为牛津大学新学院的威克姆讲席教授。他喜欢牛津，但在那里没有研究生，也做不了实验，产出因此受限。1962 年耶鲁给了他重新回到实验室的机会，他在那里带出一批学生，做非线性光学与激光光谱——他的第二个黄金期。

兰姆凹陷

1950 年代末微波激射器问世，光学版本随之被提上日程。兰姆在牛津那几年做出了他的激光理论：光场按经典方程处理，原子按量子力学处理，把增益饱和一项一项算清楚。这篇文章 1964 年发表在《物理评论》上，被引一千五百次以上，至今是激光物理的教科书内容。

里面那个后来以他命名的结果是这样来的：气体激光器的腔里立着驻波，谱线正中的那群原子（速度接近零的）同时与两列反向行波作用，饱和得最狠，增益在中心被压下去。于是激光输出功率在谱线正当中凹下去一小块——兰姆凹陷。凹陷的宽度由能级寿命决定，比支配整条增益曲线的多普勒宽度窄得多，兰姆凹陷光谱学就建立在这上面。1962 年贝尔实验室的贝内特已经在氦氖激光器的增益曲线上烧出了这个孔，兰姆的理论给出了它的形状与宽度。他晚年开玩笑说，自己因为兰姆凹陷比因为兰姆位移更有名。

晚年的挑剔

1974 年他去了亚利桑那大学的光学科学中心，此后兴趣逐渐从「算一个新东西」转向「把旧东西讲清楚」：量子力学的基础、量子与统计物理里那些被含糊过去的地方。1995 年他发表了一篇题目就叫《反光子》的文章，主张「光子」这个词根本不该再用——它 1926 年才出现，此后的流行是一连串历史误会的结果；他说该说「光」，或者「辐射」。在他看来，量子光学里真正发生的是场与物质的相互作用，给每一次激发安上一个粒子的名字，反而遮住了真正的物理。这个立场在同行里远不是共识，但很符合他一贯的脾气：宁可把一个词拆开看它到底指什么，也不要顺着习惯用下去。

2002 年他正式退休，但一直工作到九十多岁。他带学生是亲手带的那种：斯卡利回忆，兰姆有一次到他在新墨西哥的农场做客，早餐时斯卡利十四岁的儿子没话找话地问「孩子们怎么样」，兰姆回答：史蒂夫，我没有孩子。我的研究生就是我的孩子。

2008 年 5 月 15 日，他在图森去世，九十四岁。