埃爾溫·薛丁格

埃爾溫·薛丁格

埃爾溫·薛丁格(Erwin Schrödinger,1887年8月12日—1961年1月4日),奧地利物理學家,量子力學奠基人之一,發展了分子生物學。維也納大學哲學博士。蘇黎世大學、柏林大學和格拉茨大學教授。在都柏林高級研究所理論物理學研究組中工作17年。因發展了原子理論,和狄拉克(Paul Dirac)共獲1933年諾貝爾物理學獎。又於1937年榮獲馬克斯·普朗克獎章。 物理學方面,在德布羅意物質波理論的基礎上,建立了波動力學。由他所建立的薛丁格方程是量子力學中描述微觀粒子運動狀態的基本定律,它在量子力學中的地位大致相似於牛頓運動定律在經典力學中的地位。 提出薛丁格貓思想實驗,試圖證明量子力學在巨觀條件下的不完備性。亦研究有關熱學的統計理論問題。在哲學上,確信主體與客體是不可分割的。主要著作有《波動力學四講》《統計熱力學》《生命是什麼?——活細胞的物理面貌》等。

基本信息

人物生平

年輕時的薛丁格 年輕時的薛丁格

1887年埃爾溫·薛丁格出生在奧地利維也納附近的埃德伯格。在薛丁格幼年時期,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、東方宗教深感興趣。特別是印度教。

1898年進入了文理高中,從1906年至1910年在維也納大學學習物理與數學並在1910年取得博士學位。此後在維也納物理研究所工作,他當時的同事包括弗蘭茨·瑟拉芬·埃克斯納(Franz Serafin Exner),弗雷德里希·哈瑟諾爾(Friedrich Hasenöhrl)和柯勞什(Kohlrausch)。在大學期間薛丁格還同園藝家弗朗茨·弗利摩爾(Franz Frimmel)保持了很神秘的友誼。

1911年薛丁格成為埃克斯納的助理。

當兵時的薛丁格 當兵時的薛丁格

1913年與R.W.F.科爾勞施合寫了關於大氣中鐳 A(即Po)含量測定的實驗物理論文,為此獲得了奧地利帝國科學院的海廷格獎金。第一次世界大戰期間,他服役於一個偏僻的炮兵要塞,利用閒暇研究理論物理學。戰後他回到第二物理研究所。

埃爾溫·薛丁格 埃爾溫·薛丁格

1920年移居耶拿,擔任M.維恩的物理實驗室的助手。

1924年,L.V.德布羅意提出了微觀粒子具有波粒二象性,即不僅具有粒子性,同時也具有波動性。在此基礎上,1926年薛丁格提出用波動方程描述微觀粒子運動狀態的理論,後稱薛丁格方程,奠定了波動力學的基礎,因而與P.A.M.狄拉克共獲1933 年諾貝爾物理學獎。

1925年底到1926年初,薛丁格在A.愛因斯坦關於單原子理想氣體的量子理論和L.V.德布羅意的物質波假說的啟發下,從經典力學和幾何光學間的類比,提出了對應于波動光學的波動力學方程,奠定了波動力學的基礎。他最初試圖建立一個相對論性理論,得出了後來稱之為克萊因—戈登方程(見場方程)的波動方程,但由於當時還不知道電子有自旋,所以在關於氫原子光譜的精細結構的理論上與實驗數據不符。以後他又改用非相對論性波動方程──以後人們稱之為薛丁格方程──來處理電子,得出了與實驗數據相符的結果。

薛丁格之墓 薛丁格之墓

1926年1—6月,他一連發表了四篇論文,題目都是《量子化就是本徵值問題》,系統地闡明了波動力學理論。在此以前,德國物理學家W.K.海森堡、M.玻恩和E.P.約旦於1925年7—9月通過另一途徑建立了矩陣力學。1926年3月,薛丁格發現波動力學和矩陣力學在數學上是等價的,是量子力學的兩種形式,可以通過數學變換,從一個理論轉到另一個理論。薛丁格起初試圖把波函式解釋為三維空間中的振動,把振幅解釋為電荷密度,把粒子解釋為波包。但他無法解決“波包擴散”的困難。最後物理學界普遍接受了玻恩提出的波函式的幾率解釋。

1927年—1933 年接替 M.普朗克 ,任柏林大學物理系主任。因納粹迫害猶太人,1933年離德到澳大利亞、英國、義大利等地。

1939年轉到愛爾蘭,在都柏林高級研究所工作了17年。

老年薛丁格 老年薛丁格

1944年 ,薛丁格著《生命是什麼》一書,試圖用熱力學、量子力學和化學理論來解釋生命的本性。這本書使許多青年物理學家開始注意生命科學中提出的問題,引導人們用物理學、化學方法去研究生命的本性,使薛丁格成為蓬勃發展的分子生物學的先驅。

1956年,薛丁格返回維也納,任維也納大學物理研究所榮譽教授,獲得奧地利政府頒發的第一屆薛丁格獎,在維也納大學理論物理研究所教學直到去世。當他參加完在阿爾卑包赫村(Alpbach)舉行的高校活動後,由於當地風景優美而決定死後葬在此地。1957年他一度病危。

1961年1月4日,他因患肺結核病逝於維也納,死後如願被埋在了阿爾卑包赫村,他的墓碑上刻著以他命名的薛丁格方程。

個人生活

簽名 簽名

埃爾溫·薛丁格的母親血統是一半奧地利和一半英國,英國的一方是來自利明頓。

薛丁格幾乎是在同一個時間學習英語和德語,因為他的父母二人都在家講這兩種語言。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

不確定關係—薛丁格方程 不確定關係—薛丁格方程
埃爾溫·薛丁格 埃爾溫·薛丁格

1926年薛丁格提出其波動方程時已39歲,在這一點上,他倒是與其柏林大學的前任普朗克不無相似。據說他的這種創造性的激情,恰恰來自聖誕節假期中與情人的幽會,且一發而不可收,在短短不到五個月時間裡,一連發表了六篇論文,不僅建立起波動力學的完整框架,系統地回答了當時已知的實驗現象,而且證明了波動力學與海森伯矩陣力學在數學上是等價的,令整個物理學界為之震驚(狄拉克也單獨的證明了這個結論)。頗有諷刺意味的是,儘管為革命性的量子力學作出了基礎性的貢獻,薛丁格本人的初衷卻是恢復微觀現象的經典解釋;而更令人稱絕的是,薛丁格本人坦承他的科學工作,常常並非是獨創性的,但他總能敏銳地抓住一些人的創新性觀念,加以系統的構建和發揮,從而構成第一流的理論:波動力學來自德布羅意,《生命是什麼》來自玻爾和德爾布呂克,而“薛丁格的貓”則來自愛因斯坦。

量子力學已成為整個理論物理學和高科技的基礎,從粒子物理和場論,到雷射,超導和計算機。格利賓的書對量子力學的歷史發展和套用作了相當通俗形象的描述。但如何解釋和理解量子力學的成果,卻至今依然是學界,尤其是科學哲學上的熱門話題。愛因斯坦和玻爾為之爭論了一輩子,“薛丁格的貓”則被愛因斯坦認為是最好地揭示了量子力學的通用解釋的悖謬性。其大意是:在一個封閉的盒子裡裝有一隻貓和一個與放射性物質相連的釋放裝置。在一段時間之後,放射性物質有可能發生原子衰變,通過繼電器觸發釋放裝置,放出毒氣,也有可能不發生衰變,因此依據常識,這隻貓或是死的,或是活的。而依據量子力學中通用的解釋,波包塌縮依賴於觀察,在觀察之前,這隻貓應處於不死不活的迭加態,這顯然有悖於人們的常識,從而凸顯出這種解釋的困境。為擺脫這種困境,人們構想出了種種方案,但似乎並不能填平這種常識與微觀特異性之間的鴻溝。例如格利賓本人所贊成的多世界解釋,認為貓死與貓活這兩種結果分屬兩個獨立平行且真實存在的世界,是我們的觀察行為選擇了其中之一為我們的世界。這似乎不僅沒有消除,反倒是增加了人們的困惑。

《生命是什麼》 《生命是什麼》

1926年他提出著名的薛丁格方程,為量子力學奠定了堅實的基礎。方程的提出只是稍晚於沃納·海森堡的矩陣力學學說,此方程至今仍被認為是絕對的標準,它使用了物理學上所通用的語言即微分方程。這使薛丁格一舉成名,他還在同年證明了自己的波動力學是與海森堡和玻恩的矩陣力學在數學上是等價的。

1933年納粹奪權後離開德國移居英國牛津,在馬格達倫學院擔任訪問學者,獲得諾貝爾物理學獎。

1942年的薛丁格(前右2) 1942年的薛丁格(前右2)
埃爾溫·薛丁格 埃爾溫·薛丁格

1937年被授予馬克斯·普朗克獎章。

1944年薛丁格出版了《生命是什麼》,此書中提出了負熵(Negentropie)的概念。他自己發展了分子生物學奠定了分子系統發生學,成為現代進化論的基礎,想通過用物理的語言來描述生物學中的課題。他還發表了許多的科普論文,它們至今仍然是進入到廣義相對論和統計力學的世界的最好嚮導。

最著名的思想實驗是薛丁格的貓,在這個試驗中他把量子力學中的反直觀的效果轉嫁到日常生活中的事物上來,並想以此來表達他對想要用一般的統計學說來解釋量子物理的拒絕。

此外薛丁格還發表了50餘本著作涉及到不同的題目,還進行了統一的語義場論的努力。

人物軼事

老年薛丁格 老年薛丁格

不同於一般的,或者說圖式化的科學家形象,據穆爾的傳記看來,薛丁格似乎是一位性情中人,或者說一位多情種子,他的感情生活與他的貓一樣神秘。他畢生陷於戀情的漩渦與糾葛中。不計青少年時期的情竇初開和數次情感遭遇,即使在33歲那年成婚後,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數學的女中學生,既有聞名遐邇的演員和藝術家,也有年輕的政府職員,而這種浪漫風流一直持續到年逾花甲,並且有不止一個非婚生的孩子。對於每一段情感履歷,他都非常投入,並為此創作了不少纏綿的情詩。 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,認為這是他個人的自由,甚至構想過一妻一妾的生活;而同樣令人稱奇的是,他與其原配安妮的婚姻歷經這種種事端,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。或許這與安妮自己沒有孩子不無關係,但即便如此,這種薛丁格式的愛情,這樣的家庭關係,與我們頭腦中的科學家形象,恐怕還是會有很大反差,相去甚遠的。

薛丁格的貓實驗室示意圖 薛丁格的貓實驗室示意圖

另一段說明此公慣於我行我素的軼事,是儘管他一貫遠離政治,保持距離,但在奧地利格拉茨大學任教時,迫於親納粹當局的壓力,曾發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》雜誌上都刊出了他向納粹妥協的訊息。但當終於逃到英國,面對其他人的問詢時,他卻又不屑於為自己的行為作任何辯解,認為這純屬他個人的自由,無須為此權宜之計而內疚,反倒令其他科學家頗為尷尬。在納粹剛剛上台,開始刁難驅逐猶太科學家之時,因不願與納粹同流合污,主動辭去了柏林大學理論物理學教授的職位,而為其他科學家所讚賞,因為按照他的雅利安血統,宗教背景和普朗克繼承人的學術地位,他當時是完全可以自保其身的。顯然,在這種豐富複雜的性格形象面前,通常的政治標籤似乎是顯得過於蒼白簡單了。

個人語錄

1945年的薛丁格 1945年的薛丁格

一群專家在一個狹窄的領域所取得的孤立的知識,其本身是沒有任何價值的,只有當他與其他所有的知識綜合起來,並且有助於整個綜合知識體系回答“我們是誰”這個問題時,它才真正具有價值。我認為科學是我們致力於回答一個包容了所有其他問題的重大哲學問題,即我們是誰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,你的特殊專業在人類生活的悲喜劇的舞台上所扮演的角色;要聯繫生活,不僅要聯繫實際的生活,而且要聯繫生活的理想背景,這一點通常顯得更為重要。同時,還要使自己緊跟時代。如果你不能最終告訴別人你一直在做什麼,那么,你的研究也就一文不值。

我們的任務不是去發現一些別人還沒有發現的東西,而是針對所有人都看見的東西做一些從未有過的思考。

懷疑主義是廉價又貧瘠的東西。一個比前人更接近真理並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現的價值,而不會降低它的價值。

受過教育的人中,大多數對科學都不感興趣,也不知道科學知識是形成人類生活理想主義背景的一部分。在對“科學究竟是什麼”全然無知的前提下,許多人認為科學的任務就是發現新機器,或者是幫助人們發明新機器,以便改善我們的生活條件。他們會把這些事情留給專家來做,就像讓管道工來修理他們的水管一樣。如果讓持有這樣觀點的人為我們的孩子選擇學習課程,其結果必然是可悲的。

如果缺乏彼此間的相互理解,教育就無法對那些我們負有責任的孩子產生持久的影響。

我們熱切地想知道自己從哪裡來到何處去,但唯一可觀察的只有身處的這個環境。這就是為什麼我們如此急切地竭盡全力去尋找答案。這就是科學、學問和知識,這就是所有精神追求的真正源泉。

量子物理學與自由意志問題沒有任何聯繫。如果存在自由意志這樣的問題,那么物理學最新的發展也不會對它有絲毫促進。

相關詞條

相關搜尋

熱門詞條

聯絡我們