埃爾溫·薛定諤(奧地利物理學(xué)家,量子力學(xué)奠基人之一)
埃爾溫·薛定諤(Erwin Schr?dinger,1887年8月12日—1961年1月4日),男,奧地利物理學(xué)家,量子力學(xué)奠基人之一,發(fā)展了分子生物學(xué)。維也納大學(xué)哲學(xué)博士。蘇黎世大學(xué)、柏林大學(xué)和格拉茨大學(xué)教授。在都柏林高級研究所理論物理學(xué)研究組中工作17年。因發(fā)展了原子理論,和保羅·狄拉克(Paul Dirac)共獲1933年諾貝爾物理學(xué)獎。又于1937年榮獲馬克斯·普朗克獎?wù)隆?/p>
物理學(xué)方面,在德布羅意物質(zhì)波理論的基礎上,建立了波動(dòng)力學(xué)。由他所建立的薛定諤方程是量子力學(xué)中描述微觀(guān)粒子運動(dòng)狀態(tài)的基本定律,它在量子力學(xué)中的地位大致相似于牛頓運動(dòng)定律在經(jīng)典力學(xué)中的地位。?提出薛定諤貓思想實(shí)驗,試圖證明量子力學(xué)在宏觀(guān)條件下的不完備性。亦研究有關(guān)熱學(xué)的統計理論問(wèn)題。在哲學(xué)上,確信主體與客體是不可分割的。主要著(zhù)作有《波動(dòng)力學(xué)四講》《統計熱力學(xué)》《生命是什么?——活細胞的物理面貌》等。
人物生平
1887年埃爾溫·薛定諤出生在奧地利維也納附近的埃德伯格。在薛定諤幼年時(shí)期,他深受叔本華的影響,因此,他廣泛閱讀叔本華的作品,他的一生對色彩理論、哲學(xué)、東方宗教深感興趣,特別是印度教。
1898年進(jìn)入了文理高中,從1906年至1910年在維也納大學(xué)學(xué)習物理與數學(xué)并在1910年取得博士學(xué)位。此后在維也納物理研究所工作,他當時(shí)的同事包括弗蘭茨·瑟拉芬·??怂辜{(Franz Serafin Exner),弗雷德里?!すZ爾(Friedrich Hasen?hrl)和柯勞什(Kohlrausch)。在大學(xué)期間薛定諤還同園藝家弗朗茨·弗利摩爾(Franz Frimmel)保持了很神秘的友誼。
1911年薛定諤成為??怂辜{的助理。
1913年與R.W.F.科爾勞施合寫(xiě)了關(guān)于大氣中鐳 A(即Po)含量測定的實(shí)驗物理論文,為此獲得了奧地利帝國科學(xué)院的海廷格獎金。第一次世界大戰期間,他服役于一個(gè)偏僻的炮兵要塞,利用閑暇研究理論物理學(xué)。戰后他回到第二物理研究所。
1920年移居耶拿,擔任M.維恩的物理實(shí)驗室的助手。
1924年,L.V.德布羅意提出了微觀(guān)粒子具有波粒二象性,即不僅具有粒子性,同時(shí)也具有波動(dòng)性。在此基礎上,1926年薛定諤提出用波動(dòng)方程描述微觀(guān)粒子運動(dòng)狀態(tài)的理論,后稱(chēng)薛定諤方程,奠定了波動(dòng)力學(xué)的基礎,因而與P.A.M.狄拉克共獲1933 年諾貝爾物理學(xué)獎。
1925年底到1926年初,薛定諤在A(yíng).愛(ài)因斯坦關(guān)于單原子理想氣體的量子理論和L.V.德布羅意的物質(zhì)波假說(shuō)的啟發(fā)下,從經(jīng)典力學(xué)和幾何光學(xué)間的類(lèi)比,提出了對應于波動(dòng)光學(xué)的波動(dòng)力學(xué)方程,奠定了波動(dòng)力學(xué)的基礎。他最初試圖建立一個(gè)相對論性理論,得出了后來(lái)稱(chēng)之為克萊因—戈登方程(見(jiàn)場(chǎng)方程)的波動(dòng)方程,但由于當時(shí)還不知道電子有自旋,所以在關(guān)于氫原子光譜的精細結構的理論上與實(shí)驗數據不符。以后他又改用非相對論性波動(dòng)方程──以后人們稱(chēng)之為薛定諤方程──來(lái)處理電子,得出了與實(shí)驗數據相符的結果。
1926年1—6月,他一連發(fā)表了四篇論文,題目都是《量子化就是本征值問(wèn)題》,系統地闡明了波動(dòng)力學(xué)理論。在此以前,德國物理學(xué)家W.K.海森堡、M.玻恩和E.P.約旦于1925年7—9月通過(guò)另一途徑建立了矩陣力學(xué)。1926年3月,薛定諤發(fā)現波動(dòng)力學(xué)和矩陣力學(xué)在數學(xué)上是等價(jià)的,是量子力學(xué)的兩種形式,可以通過(guò)數學(xué)變換,從一個(gè)理論轉到另一個(gè)理論。薛定諤起初試圖把波函數解釋為三維空間中的振動(dòng),把振幅解釋為電荷密度,把粒子解釋為波包。但他無(wú)法解決“波包擴散”的困難。最后物理學(xué)界普遍接受了玻恩提出的波函數的幾率解釋。
1927年—1933 年接替 M.普朗克?,任柏林大學(xué)物理系主任。因納粹迫害猶太人,1933年離德到澳大利亞、英國、意大利等地。
1939年轉到愛(ài)爾蘭,在都柏林高級研究所工作了17年。
1944年 ,薛定諤著(zhù)《生命是什么》一書(shū),試圖用熱力學(xué)、量子力學(xué)和化學(xué)理論來(lái)解釋生命的本性。這本書(shū)使許多青年物理學(xué)家開(kāi)始注意生命科學(xué)中提出的問(wèn)題,引導人們用物理學(xué)、化學(xué)方法去研究生命的本性,使薛定諤成為蓬勃發(fā)展的分子生物學(xué)的先驅。
1956年,薛定諤返回維也納,任維也納大學(xué)物理研究所榮譽(yù)教授,獲得奧地利政府頒發(fā)的第一屆薛定諤獎,在維也納大學(xué)理論物理研究所教學(xué)直到去世。當他參加完在阿爾卑包赫村(Alpbach)舉行的高?;顒?dòng)后,由于當地風(fēng)景優(yōu)美而決定死后葬在此地。1957年他一度病危。
1961年1月4日,他因患肺結核病逝于維也納,死后如愿被埋在了阿爾卑包赫村,他的墓碑上刻著(zhù)以他命名的薛定諤方程。
個(gè)人生活
埃爾溫·薛定諤的母親血統是一半奧地利和一半英國,英國的一方是來(lái)自利明頓。
薛定諤幾乎是在同一個(gè)時(shí)間學(xué)習英語(yǔ)和德語(yǔ),因為他的父母二人都在家講這兩種語(yǔ)言。他的父親是一位天主教的信徒,而母親是一位路德教派的信徒。
主要成就
1926年薛定諤提出其波動(dòng)方程時(shí)已39歲,在這一點(diǎn)上,他倒是與其柏林大學(xué)的前任普朗克不無(wú)相似。據說(shuō)他的這種創(chuàng )造性的激情,恰恰來(lái)自圣誕節假期中與情人的幽會(huì ),且一發(fā)而不可收,在短短不到五個(gè)月時(shí)間里,一連發(fā)表了六篇論文,不僅建立起波動(dòng)力學(xué)的完整框架,系統地回答了當時(shí)已知的實(shí)驗現象,而且證明了波動(dòng)力學(xué)與海森伯矩陣力學(xué)在數學(xué)上是等價(jià)的,令整個(gè)物理學(xué)界為之震驚(狄拉克也單獨的證明了這個(gè)結論)。頗有諷刺意味的是,盡管為革命性的量子力學(xué)作出了基礎性的貢獻,薛定諤本人的初衷卻是恢復微觀(guān)現象的經(jīng)典解釋?zhuān)欢钊朔Q(chēng)絕的是,薛定諤本人坦承他的科學(xué)工作,常常并非是獨創(chuàng )性的,但他總能敏銳地抓住一些人的創(chuàng )新性觀(guān)念,加以系統的構建和發(fā)揮,從而構成第一流的理論:波動(dòng)力學(xué)來(lái)自德布羅意,《生命是什么》來(lái)自玻爾和德?tīng)柌紖慰?,而“薛定諤的貓”則來(lái)自愛(ài)因斯坦。
量子力學(xué)已成為整個(gè)理論物理學(xué)和高科技的基礎,從粒子物理和場(chǎng)論,到激光,超導和計算機。格利賓的書(shū)對量子力學(xué)的歷史發(fā)展和應用作了相當通俗形象的描述。但如何解釋和理解量子力學(xué)的成果,卻至今依然是學(xué)界,尤其是科學(xué)哲學(xué)上的熱門(mén)話(huà)題。愛(ài)因斯坦和玻爾為之爭論了一輩子,“薛定諤的貓”則被愛(ài)因斯坦認為是最好地揭示了量子力學(xué)的通用解釋的悖謬性。其大意是:在一個(gè)封閉的盒子里裝有一只貓和一個(gè)與放射性物質(zhì)相連的釋放裝置。在一段時(shí)間之后,放射性物質(zhì)有可能發(fā)生原子衰變,通過(guò)繼電器觸發(fā)釋放裝置,放出毒氣,也有可能不發(fā)生衰變,因此依據常識,這只貓或是死的,或是活的。而依據量子力學(xué)中通用的解釋?zhuān)òs依賴(lài)于觀(guān)察,在觀(guān)察之前,這只貓應處于不死不活的疊加態(tài),這顯然有悖于人們的常識,從而凸顯出這種解釋的困境。為擺脫這種困境,人們設想出了種種方案,但似乎并不能填平這種常識與微觀(guān)特異性之間的鴻溝。例如格利賓本人所贊成的多世界解釋?zhuān)J為貓死與貓活這兩種結果分屬兩個(gè)獨立平行且真實(shí)存在的世界,是我們的觀(guān)察行為選擇了其中之一為我們的世界。這似乎不僅沒(méi)有消除,反倒是增加了人們的困惑。
1926年他提出著(zhù)名的薛定諤方程,為量子力學(xué)奠定了堅實(shí)的基礎。方程的提出只是稍晚于沃納·海森堡的矩陣力學(xué)學(xué)說(shuō),此方程至今仍被認為是絕對的標準,它使用了物理學(xué)上所通用的語(yǔ)言即微分方程。這使薛定諤一舉成名,他還在同年證明了自己的波動(dòng)力學(xué)是與海森堡和玻恩的矩陣力學(xué)在數學(xué)上是等價(jià)的。
1933年納粹奪權后離開(kāi)德國移居英國牛津,在馬格達倫學(xué)院擔任訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者,獲得諾貝爾物理學(xué)獎。
1937年被授予馬克斯·普朗克獎?wù)隆?/p>
1944年薛定諤出版了《生命是什么》,此書(shū)中提出了負熵(Negentropie)的概念。他自己發(fā)展了分子生物學(xué)奠定了分子系統發(fā)生學(xué),成為現代進(jìn)化論的基礎,想通過(guò)用物理的語(yǔ)言來(lái)描述生物學(xué)中的課題。他還發(fā)表了許多的科普論文,它們至今仍然是進(jìn)入到廣義相對論和統計力學(xué)的世界的最好向導。
最著(zhù)名的思想實(shí)驗是薛定諤的貓,在這個(gè)試驗中他把量子力學(xué)中的反直觀(guān)的效果轉嫁到日常生活中的事物上來(lái),并想以此來(lái)表達他對想要用一般的統計學(xué)說(shuō)來(lái)解釋量子物理的拒絕。
此外薛定諤還發(fā)表了50余本著(zhù)作涉及到不同的題目,還進(jìn)行了統一的語(yǔ)義場(chǎng)論的努力。
人物軼事
不同于一般的,或者說(shuō)圖式化的科學(xué)家形象,據穆?tīng)柕膫饔浛磥?lái),薛定諤似乎是一位性情中人,或者說(shuō)一位多情種子,他的感情生活與他的貓一樣神秘。他畢生陷于戀情的漩渦與糾葛中。不計青少年時(shí)期的情竇初開(kāi)和數次情感遭遇,即使在33歲那年成婚后,他仍然是激情充溢,外遇不斷,其對象既有已婚的研究助手的妻子,也有年方二八的他曾輔導過(guò)數學(xué)的女中學(xué)生,既有聞名遐邇的演員和藝術(shù)家,也有年輕的政府職員,而這種浪漫風(fēng)流一直持續到年逾花甲,并且有不止一個(gè)非婚生的孩子。對于每一段情感履歷,他都非常投入,并為此創(chuàng )作了不少纏綿的情詩(shī)。?但奇怪的是,生活在維也納和都柏林這樣宗教色彩很濃的地方,他竟然能全然不顧忌傳統禮數,認為這是他個(gè)人的自由,甚至設想過(guò)一妻一妾的生活;而同樣令人稱(chēng)奇的是,他與其原配安妮的婚姻歷經(jīng)這種種事端,竟然能白頭到老,而且安妮還親自照料了他非婚生孩子的嬰兒期?;蛟S這與安妮自己沒(méi)有孩子不無(wú)關(guān)系,但即便如此,這種薛定諤式的愛(ài)情,這樣的家庭關(guān)系,與我們頭腦中的科學(xué)家形象,恐怕還是會(huì )有很大反差,相去甚遠的。
另一段說(shuō)明此公慣于我行我素的軼事,是盡管他一貫遠離政治,保持距離,但在奧地利格拉茨大學(xué)任教時(shí),迫于親納粹當局的壓力,曾發(fā)表聲明對自己以往的“不敬”行為表示“懺悔”,結果在當地報紙和《自然》雜志上都刊出了他向納粹妥協(xié)的消息。但當終于逃到英國,面對其他人的問(wèn)詢(xún)時(shí),他卻又不屑于為自己的行為作任何辯解,認為這純屬他個(gè)人的自由,無(wú)須為此權宜之計而內疚,反倒令其他科學(xué)家頗為尷尬。在納粹剛剛上臺,開(kāi)始刁難驅逐猶太科學(xué)家之時(shí),因不愿與納粹同流合污,主動(dòng)辭去了柏林大學(xué)理論物理學(xué)教授的職位,而為其他科學(xué)家所贊賞,因為按照他的雅利安血統,宗教背景和普朗克繼承人的學(xué)術(shù)地位,他當時(shí)是完全可以自保其身的。顯然,在這種豐富復雜的性格形象面前,通常的政治標簽似乎是顯得過(guò)于蒼白簡(jiǎn)單了。
個(gè)人語(yǔ)錄
一群專(zhuān)家在一個(gè)狹窄的領(lǐng)域所取得的孤立的知識,其本身是沒(méi)有任何價(jià)值的,只有當他與其他所有的知識綜合起來(lái),并且有助于整個(gè)綜合知識體系回答“我們是誰(shuí)”這個(gè)問(wèn)題時(shí),它才真正具有價(jià)值。我認為科學(xué)是我們致力于回答一個(gè)包容了所有其他問(wèn)題的重大哲學(xué)問(wèn)題,即我們是誰(shuí)這一整體中的一部分。
即使一百次嘗試都已失敗,也不應該放棄到達目標的希望。要敢于堅持對真理的信仰。
要敏銳地注意到,你的特殊專(zhuān)業(yè)在人類(lèi)生活的悲喜劇的舞臺上所扮演的角色;要聯(lián)系生活,不僅要聯(lián)系實(shí)際的生活,而且要聯(lián)系生活的理想背景,這一點(diǎn)通常顯得更為重要。同時(shí),還要使自己緊跟時(shí)代。如果你不能最終告訴別人你一直在做什么,那么,你的研究也就一文不值。
我們的任務(wù)不是去發(fā)現一些別人還沒(méi)有發(fā)現的東西,而是針對所有人都看見(jiàn)的東西做一些從未有過(guò)的思考。
懷疑主義是廉價(jià)又貧瘠的東西。一個(gè)比前人更接近真理并清楚地認識到其智力構建的局限性的人所具有的懷疑主義才是重要而富有成果的。這種懷疑主義只是成倍增加某種發(fā)現的價(jià)值,而不會(huì )降低它的價(jià)值。
受過(guò)教育的人中,大多數對科學(xué)都不感興趣,也不知道科學(xué)知識是形成人類(lèi)生活理想主義背景的一部分。在對“科學(xué)究竟是什么”全然無(wú)知的前提下,許多人認為科學(xué)的任務(wù)就是發(fā)現新機器,或者是幫助人們發(fā)明新機器,以便改善我們的生活條件。他們會(huì )把這些事情留給專(zhuān)家來(lái)做,就像讓管道工來(lái)修理他們的水管一樣。如果讓持有這樣觀(guān)點(diǎn)的人為我們的孩子選擇學(xué)習課程,其結果必然是可悲的。
如果缺乏彼此間的相互理解,教育就無(wú)法對那些我們負有責任的孩子產(chǎn)生持久的影響。
我們熱切地想知道自己從哪里來(lái)到何處去,但唯一可觀(guān)察的只有身處的這個(gè)環(huán)境。這就是為什么我們如此急切地竭盡全力去尋找答案。這就是科學(xué)、學(xué)問(wèn)和知識,這就是所有精神追求的真正源泉。
量子物理學(xué)與自由意志問(wèn)題沒(méi)有任何聯(lián)系。如果存在自由意志這樣的問(wèn)題,那么物理學(xué)最新的發(fā)展也不會(huì )對它有絲毫促進(jìn)。
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