奥斯卡·克莱因：卷起第五维度的物理学家

十四岁时，奥斯卡·克莱因（Oskar Klein）曾拿着母亲的歌剧望远镜花了一个晚上试图看清天狼星，后来他把最终成功的那一刻描述为童年时代最深层的满足感之一。这种耐心且几乎近于家庭般的对事物结构（恒星、原子、空间本身的形状）的好奇心，在短短十多年内将他带向了一个如此奇异的提议，以至于它至今仍被视为弦理论的先驱：宇宙可能拥有第五维度，之所以看不见，只是因为它被卷曲得小得不可思议。

斯德哥尔摩实验室里的拉比之子

奥斯卡·本杰明·克莱因（Oskar Benjamin Klein）于1894年9月15日出生于斯德哥尔摩附近的默比（Mörby），其父是斯德哥尔摩首席拉比哥特利布·克莱因（Gottlieb Klein），母亲是安东尼·列维（Antonie Levy）。他很早就表现出科学好奇心，并且起点不同寻常：还在上学时，他就开始在瑞典化学家、未来诺贝尔奖得主斯万特·阿伦尼乌斯（Svante Arrhenius）的实验室里工作，这使他在完成普通教育之前就发表了他的第一篇科学论文。他稍微违背自己的意愿跳了两级，并于1914年获得斯德哥尔摩大学学院的学士学位。第一次世界大战打乱了他与法国物理学家让·佩兰（Jean Perrin）学习的计划；克莱因转而服兵役，并在1917年完成了硕士学位。

哥本哈根与玻尔圈子

与物理学家汉斯·克拉默斯（Hans Kramers）的会面于1918年将克莱因带到了哥本哈根，在那里他开始直接与尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）合作——这一经历使他在量子革命最动荡、最具成果的几年里置身于其核心。他于1921年获得斯德哥尔摩大学学院的博士学位，并于1923年在安娜堡的密歇根大学担任教授，随后于1925年返回哥本哈根，并在莱顿与保罗·埃伦费斯特（Paul Ehrenfest）进行短暂合作。他于1923年与丹麦人格尔达·科赫（Gerda Koch）结婚。

突破性的岁月，1926–1931年

随后的五年几乎产出了克莱因后世为人铭记的一切。1926年，他独立推导出了现在被称为克莱因-戈登方程（Klein-Gordon equation）的公式，描述了相对论性标量粒子在量子力学中的行为；埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger）其实更早发现了这个方程，但没有将其发表，而沃尔特·戈登（Walter Gordon）和弗拉基米尔·福克（Vladimir Fock）在克莱因之后数月内也得出了密切相关的版本。同年，利用德国物理学家西奥多·卡鲁扎（Theodor Kaluza）为统一引力和电磁学而提出的数学框架，克莱因从量子角度重新解释了卡鲁扎的额外空间维度，提出它确实存在但被紧致化了——卷曲得如此之小，以至于逃脱了日常探测。由此产生的卡鲁扎-克莱因理论（Kaluza-Klein theory）现在被视为弦理论额外维度的直接概念先驱之一。1928年，克莱因与仁科芳雄（Yoshio Nishina）共同推导出了用于光子与电子散射截面的克莱因-仁科公式（Klein-Nishina formula），该计算至今仍用于辐射物理学和剂量学。他还描述了后来被称为克莱因佯谬（Klein paradox）的现象，这是一个关于相对论性粒子穿隧势垒的反直觉预测；并在1938年提出了一个基于规范对称性的弱核力玻色子交换模型——回想起来，这项工作预示了几十年后发展起来的杨-米尔斯理论的核心特征。

平静的教授生涯

尽管取得了如此集中的基础性成果，克莱因职业生涯中花在追求机构声誉上的时间却相对较少。他自1926年起在隆德大学担任讲师（docent），随后于1930年担任斯德哥尔摩大学学院物理学讲席教授，并在那里一直工作到1962年荣休为名誉教授。同事和传记作家指出，20世纪20年代中期他在密歇根的几年让他感到职业上的孤立，尽管当时他正在产生一些最重要的理论工作，这种认可度与产出之间的错位贯穿了他的大部分职业生涯。尽管他的贡献涉及量子场论、宇宙学和统一场论，但他从未获得诺贝尔奖，物理学史学家也曾多次指出这是该奖项历史上较受争议的遗漏之一。

奖项与后来的认可

克莱因于1937年获得比约肯斯卡奖（Björkénska priset），并于1959年获得德国物理学界提供的最高荣誉之一——马克斯·普朗克奖章（Max Planck Medal）。斯德哥尔摩大学后来为纪念他设立了年度奥斯卡·克莱因纪念讲座（Oskar Klein Memorial Lecture）以及奥斯卡·克莱因宇宙粒子物理学中心（Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics），即使没有诺贝尔奖的提名来巩固其国际地位，这也确立了他在瑞典物理学界的地位。他从1945年起继续进行原创的天体物理学研究，包括用于确定分子势能曲线的里德堡-克莱因-里士方法（Rydberg-Klein-Rees method），使其学术关联性远超20世纪20年代末的那阵活跃期。

为什么奥斯卡被称为天才

克莱因被认为具有天才的理由建立在广度与深度之上：在大约五年内，他产出了相对论量子力学的基础方程、至今仍用于医学和工业辐射物理学的散射公式、至今仍是研究生量子课程核心内容的佯谬，以及现代弦理论家仍作为智力先驱引用的隐藏额外维度提议。特别是最后一个想法，需要一次不同寻常的认知飞跃——采用纯粹用于统一两种力的数学技巧，并询问空间维度真实存在但小得看不见在物理学上意味着什么，这是一个几何想象力的飞跃，而不是渐进式计算。不过，客观的反面论据也很重大：在他被引用最多的成果中，至少有两个并非他一人完成，甚至也不是他第一个完成的。薛定谔在未发表的情况下预见了克莱因-戈登方程，戈登和福克在几个月内独立得出了相似的表述，而卡鲁扎-克莱因理论直接建立在卡鲁扎先前的五维框架之上，而不是凭空发明这一方法。没有任何诺贝尔委员会认可过他，一些物理学家将这一事实归因于他的贡献具有理论性强、难以通过实验隔离的性质，而不是因为其质量。无可争议的是，在短短的工作窗口期内凝聚了大量持久的思想，其中几个思想在超越其作者数十年后，其全部意义——尤其是额外维度提议——才变得清晰。

遗产

卡鲁扎-克莱因机制（Kaluza-Klein mechanism）仍然是理论物理学中将额外维度构建到统一理论中的标准工具，在克莱因首次提出半个世纪后涌现的弦理论文献中被不断引用。克莱因-仁科公式仍然教授给每一位学习康普顿散射的物理学学生，斯德哥尔摩的奥斯卡·克莱因中心继续进行着克莱因曾协助开创的宇宙学和粒子物理学研究。