薛定谔的毕业论文
薛定谔的毕业论文
薛定谔于1926年1月、2月、5月和6月接连在德国《物理学纪事》上发表了一组4篇题为《作为本征值问题的量子化》的论文,最后一篇是在6月22日左右送到杂志社的。这4篇论文建立了完整的波动力学。
薛定谔1926年接连发了四篇论文分别是什么?
在1926年1月份的论文中,建立并用经典力学的哈密顿—雅可比方程和变分方法求解了氢原子的定态薛定谔方程、能级公式,用本征值代替了原来的玻尔—索末菲量子化条件,从而把量子化问题归结为本征值问题,这正是薛定谔建立波动力学的一条具有创造性的主线和突破口;在2月份的论文中,他建立并求解了含时薛定谔方程,还通过经典力学与几何光学的类比阐述了波动力学和波函数的意义;5月、6月发表的论文详细叙述了与时间无关的薛定谔微扰理论和含时间的薛定谔微扰理论。
虐猫狂人 薛定谔是谁?
埃尔温·薛定谔
百科名片 埃尔温·薛定谔奥地利物理学家。概率波动力学的创始人。1887年8月12日生于维也纳,1961 年1 月4日卒于奥地利的阿尔卑巴赫山村。1906 年入维也纳大学物理系学习。1910年获博士学位。毕业后,在维也纳大学第二物理研究所工作,直到1920年以前主要在维也纳大学任教,1921~1927年在苏黎世大学任教,开头几年,他主要研究有关热学的统计理论问题,写出了有关气体和反应动力学、振动、点阵振动(及其对内能的贡献)的热力学以及统计等方面的论文。他还研究过色觉理论,他对有关红绿色盲和蓝黄色盲频率之间的关系的解释为生理学家们所接受。中文名:埃尔温·薛定谔外文名:Erwin Schrodinger国籍:奥地利出生地:维也纳出生日期:1887年8月12日逝世日期:1961 年1 月4日职业:物理学家毕业院校:维也纳大学主要成就:概率量子力学-波动力学的创始人
目录人物简介人物经历个人档案人物生平趣闻轶事遭遇挑战写出方程浪漫故事性情中人成果及荣誉主要作品四维量子力学社会评价人格形象独到的贡献丰富的思想展开
人物简介 Erwin Schr&振动粒子几率化,弦论的量子决定论诠释振动中的量子概率量子力学--波动力学的创始人
人物经历 薛定谔1887年,8月12日出生于维也纳。
1906年,进入维也纳大学物理系学习。
1910年,取得博士学位,在维也纳大学第二物理研究所工作。
1921年,任瑞士苏黎世大学数学物理学教授。
1926年,证明波动力学与矩阵力学在数学上是等价的。
1927年,接替普朗克到柏林大学担任理论物理学教授,并成为普鲁士科学院院士。
1933年,因纳粹迫害移居英国牛津,在马格达伦学院任访问教授。同年与狄拉克共同获得诺贝尔物理学奖。晚年定居爱尔兰。
1956年,返回维也纳大学物理研究所,获得奥地利政府颁发的第一届薛定谔奖。
1961年1月4日,病逝于阿尔卑包赫山村。
个人档案出生:1887年8月12日
出生地:奥地利维也纳
逝世:1961年1月4日
逝世地:奥地利维也纳
研究领域: 物理学,生物学,哲学(最主要的为物理学)
著名成就:薛定谔方程
国籍: 奥地利
研究机构:弗罗茨瓦夫大学苏黎世大学
柏林大学牛津大学
格拉茨大学
都柏林高级研究学院
母校: 维也纳大学
博士导师: 弗里德里希·哈泽内尔
获奖: 诺贝尔物理学奖(1933年)
人物生平薛定谔(1887 年~1961年)(德文:Erwin Schrdinger; 英文通常写作Erwin Schrodinger)1913年与R.W.F.科尔劳施合写了关于大气中镭 A(即Po)含量测定的实验物理论文,为此获得了奥地利帝国科学院的海廷格奖金。第一次世界大战期间,他服役于一个偏僻的炮兵要塞,利用闲暇研究理论物理学。战后他回到第二物理研究所。1920年移居耶拿,担任M.维恩的物理实验室的助手。
1925年底到1926年初,薛定谔在A.爱因斯坦关于单原子理想气体的量子理论和L.V.德布罗意的物质波假说的启发下,从经典力学和几何光学间的类比,提出了对应于波动光学的波动力学方程,奠定了波动力学的基础。他最初试图建立一个相对论性理论,得出了后来称之为克莱因-戈登方程(见场方程)的波动方程,但由于当时还不知道电子有自旋,所以在关于氢原子光谱的精细结构的理论上与实验数据不符。以后他又改用非相对论性波动方程──以后人们称之为薛定谔方程──来处理电子,得出了与实验数据相符的结果。1926年1~6月,他一连发表了四篇论文,题目都是《量子化就是本征值问题》,系
埃尔温·薛定谔统地阐明了波动力学理论。
在此以前,德国物理学家W.K.海森堡、M.玻恩和E.P.约旦于1925年7~9月通过另一途径建立了矩阵力学。1926年3月,薛定谔发现波动力学和矩阵力学在数学上是等价的,是量子力学的两种形式,可以通过数学变换,从一个理论转到另一个理论。
薛定谔起初试图把波函数 解释为三维空间中的振动,把振幅解释为电荷密度,把粒子解释为波包。但他无法解决“波包扩散”的困难。最后物理学界普遍接受了玻恩提出的波函数的几率解释。
1927年~1933 年接替 M.普朗克 ,任柏林大学物理系主任。因纳粹迫害犹太人,1933年离德到澳大利亚、英国、意大利等地。1939年转到爱尔兰,在都柏林高级研究所工作了17年。1956年回维也纳,任维也纳大学荣誉教授。1924年,L.V.德布罗意提出了微观粒子具有波粒二象性,即不仅具有粒子性,同时也具有波动性。在此基础上,1926年薛定谔提出用波动方程描述微观粒子运动状态的理论,后称薛定谔方程,奠定了波动力学的基础,因而与P.A.M.狄拉克共获1933 年诺贝尔物理学奖。1944年 ,薛定谔著《生命是什么》一书,试图用热力学、量子力学和化学理论来解释生命的本性。这本书使许多青年物理学家开始注意生命科学中提出的问题,引导人们用物理学、化学方法去研究生命的本性,使薛定谔成为蓬勃发展的分子生物学的先驱。
薛定谔在1935年发表了一篇论文,题为《量子力学的现状》,在这篇论文中,他发表了著名的薛定谔猫猜想,为量子力学的发展作出了贡献。
埃尔温·薛定谔在后期,薛定谔研究有关波动力学的应用及统计诠释,新统计力学的数学特征以及它与通常的统计力学的关系等问题。他还探讨了有关广义相对论的问题,并对波场做相对论性的处理。此外,他还写出了有关宇宙学问题的一些论著。与爱因斯坦一样,薛定谔在晚年特别热衷的是把爱因斯坦的引力理论推广为一个统一场论,但也没有取得成功。
薛定谔对哲学有浓厚的兴趣。早在第一次世界大战期间,他就深入研究过B·斯宾诺莎、A·叔本华、E·马赫、R·西蒙、R·阿芬那留斯等人的哲学著作。晚年,他致力于物理学基础和有关哲学问题的研究,写了《科学和人文主义--当代的物理学》(英文版,1951)等哲学性著作。
薛定谔1887年出生于奥地利的维也纳,1906年进入维也纳大学物理系学习,1910年取得博士学位,在维也纳大学第二物理研究所工作。1921年任瑞士苏黎世大学数学物理学教授。1926年,薛定谔证明波动力学与矩阵力学在数学上是等价的。1927年接替普朗克到柏林大学担任理论物理学教授,并成为普鲁士科学院院士。1933年,因纳粹迫害,薛定谔移居英国牛津,在马格达伦学院任访问教授。同年与狄拉克共同获得诺贝尔物理学奖。薛定谔晚年定居在爱尔兰。1956年,薛定谔返回维也纳大学物理研究所,获得奥地利政府颁发的第一届薛定谔奖。1957年他一度病危。1961年1月4日,他在奥地利的阿尔卑巴赫山村病逝。
趣闻轶事遭遇挑战有一天,薛定谔就这一奇特现象作了一个讲座。他受到了一位物理学家同行彼得·德拜(Peter Debye)的挑战,他问薛定谔:如果电子是用波来描述的,那么它们的波动方程是什么?
写出方程自从牛顿创造了微积分,物理学家们得以用微分方程描述波,因此薛定谔将德拜的问题--写出微分方程当成一项挑战。那个月薛定谔外出度假,当回来的时候他已经写出了方程。正如在他之前的麦克斯韦采用法拉第的力场,提炼出了光的麦克斯韦方程;薛定谔采用德布罗意的物质波,提炼出了光子的薛定谔方程。
浪漫故事科学史家们作了些努力,试图搜索出薛定谔发现永久改变现代物理学和化学面貌的方程时究竟做了什么。显然,薛定谔是自由之爱的信奉者,并且一直由情人们或者他的妻子陪伴着度假。他甚至保留有一份关于他所有为数众多的情人们的详细日记存档,对每一次相会都精心作了编码。历史学家现在认为,在他发现方程的那个星期,他与他的一位女友住在阿尔卑斯山的赫维格别墅。
性情中人作为一名科学家,薛定谔确实有其独特不群之处。简单说来,可关注的至少有三点:首先是他的人格形象。不同于一般的,或者说图式化的科学家形象,据穆尔的传记看来,此公似乎是一位性情中人,或者说一位多情种子,毕生陷于恋情的漩涡与纠葛中。不计青少年时期的情窦初开和数次情感遭遇,即使在33岁那年成婚后,他仍然是激情充溢,外遇不断,其对象既有已婚的研究助手的妻子,也有年方二八的他曾辅导过数学的女中学生,既有闻名遐迩的演员和艺术家,也有年轻的政府职员,而这种浪漫风流一直持续到年逾花甲,并且有不止一个非婚生的孩子。对于每一段情感履历,他都非常投入,并为此创作了不少缠绵的情
埃尔温·薛定谔诗。但奇怪的是,生活在维也纳和都柏林这样宗教色彩很浓的地方,他竟然能全然不顾忌传统礼数,认为这是他个人的自由,甚至设想过一妻一妾的生活;而同样令人称奇的是,他与其元配安妮的婚姻历经这种种事端,竟然能白头到老,而且安妮还亲自照料了他非婚生孩子的婴儿期。或许这与安妮自己没有孩子不无关系,但即便如此,这种薛定谔式的爱情,这样的家庭关系,与我们头脑中的科学家形象,恐怕还是会有很大反差,相去甚远的。 另一段说明此公惯于我行我素的轶事,是尽管他一贯远离政治,保持距离,但在奥地利格拉茨大学任教时,迫于亲纳粹当局的压力,曾发表声明对自己以往的“不敬”行为表示“忏悔”,结果在当地报纸和《自然》杂志上都刊出了他向纳粹妥协的消息。但当终于逃到英国,面对其他人的问询时,他却又不屑于为自己的行为作任何辩解,认为这纯属他个人的自由,无须为此权宜之计而内疚,反倒令其他科学家颇为尴尬。而在五年前,也同样是他,在纳粹刚刚上台,开始刁难驱逐犹太科学家之时,因不愿与纳粹同流合污,主动辞去了柏林大学理论物理学教授的职位,而为其他科学家所赞赏,因为按照他的雅利安血统,宗教背景和普朗克继承人的学术地位,他当时是完全可以自保其身的。显然,在这种丰富复杂的性格形象面前,通常的政治标签似乎是显得过于苍白简单了。
独到的贡献
不确定关系-薛定谔方程其人其事如此,其科学上的成就也不乏独特之处。薛定谔于1926年提出其波动方程时已39岁,比起量子力学史上的其他英雄们,可谓是大器晚成(发表他们的第一篇成名论文时,爱因斯坦26岁,玻尔28岁,海森伯24岁,泡利25岁,狄拉克24岁,约当23岁,乌伦贝克和戈德斯密特分别为25和23岁),在这一点上,他倒是与其柏林大学的前任普朗克不无相似。据说他的这种创造性的激情,恰恰来自圣诞节假期中与情人的幽会,且一发而不可收,在短短不到五个月时间里,一连发表了六篇论文,不仅建立起波动力学的完整框架,系统地回答了当时已知的实验现象,而且证明了波动力学与海森伯矩阵力学在数学上是等价的[狄拉克也证明了],令整个物理学界为之震惊。颇有讽刺意味的是,尽管为革命性的量子力学作出了基础性的贡献,薛定谔本人的初衷却是恢复微观现象的经典解释;而更令人称绝的是,薛定谔本人坦承他的科学工作,常常并非是独创性的,但他总能敏锐地抓住一些始作甬者的创新性观念,加以系统的构建和发挥,从而构成第一流的理论:波动力学来自德布洛意,《生命是什么》来自玻尔和德尔布吕克,而“薛定谔的猫”则来自爱因斯坦。 今天,量子力学已成为整个理论物理学和高科技的基础,从粒子物理和场论,到激光,超导和计算机。格利宾的书对量子力学的历史发展和应用作了相当通俗形象的描述。但如何解释和理解量子力学的成果,却至今依
埃尔温·薛定谔然是学界,尤其是科学哲学上的热门话题。爱因斯坦和玻尔为之争论了一辈子,“薛定谔的猫”则被爱因斯坦认为是最好地揭示了量子力学的通用解释的悖谬性。其大意是:在一个封闭的盒子里装有一只猫和一个与放射性物质相连的释放装置。在一段时间之后,放射性物质有可能发生原子衰变,通过继电器触发释放装置,放出毒气,也有可能不发生衰变,因此依据常识,这只猫或是死的,或是活的。而依据量子力学中通用的解释,波包塌缩依赖于观察,在观察之前,这只猫应处于不死不活的迭加态,这显然有悖于人们的常识,从而凸显出这种解释的困境。为摆脱这种困境,人们设想出了种种方案,但似乎并不能填平这种常识与微观特异性之间的鸿沟。例如格利宾本人所赞成的多世界解释,认为猫死与猫活这两种结果分属两个独立平行且真实存在的世界,是我们的观察行为选择了其中之一为我们的世界。这似乎不仅没有消除,反倒是增加了人们的困惑。
丰富的思想
薛定谔猫从薛定谔的“猫悖论”,引出了我们对于他的第三点关注:他的丰富的哲学思想。“猫悖论”反映出在科学哲学层面上,他反对哥本哈根学派,试图用连续的波动图象,重建对微观对象的经典理解,当然,他的尝试并不成功;而在更抽象的形上层次,他则从叔本华那儿接受了古印度的吠檀多哲学,并从这种信仰中去追求自然的统一,追求自我与宇宙精神的统一。他曾先后写作了《生命是什么》《科学与人文主义》,《大自然与希腊人》,《科学理论与人》,《心与物》,《我的世界观》和死后出版的《自然规律是什么》等哲学论著和文集,甚至一度设想过在教书之余,以哲学为主要兴趣,以至于被当代著名物理学家西蒙尼认为“是我们世纪的物理学家中最为引人注目的哲学家”。这样的科学家形象,与当代职业科学家的技术化,工匠化,商业化和平面化趋势相比较,是否也会给我们若干启示呢? 现在的社会就需要我们不断的探索新事物,从而发现更高层次的理论,以更好的建立物理理论大厦。
成果及荣誉1901年14岁的薛定谔薛定谔的猫悖论(7张)就已经对物理学有极大的兴趣,据说他关于薛定谔猫猜想就来自于他当时一次虐猫的活动,他把他的构想告诉了老师,但因为过于难以理解被老师痛斥为"令人发指的可怕行为"[1]1926年他提出著名的薛定谔方程,为量子力学奠定了坚实的基础。方程的提出只是稍晚于沃纳·海森堡的矩阵力学学说,此方程至今仍被认为是绝对的标准,它使用了物理学上所通用的语言即微分方程。这使薛定谔一举成名,他还在同年证明了自己的波动力学是与海森堡和玻恩的矩阵力学在数学上是等价的。
1937年被授予马克斯·普朗克奖章。
1944年薛定谔出版了《生命是什么》,此书中提出了负熵(Negentropie)的概念。他自己发展了分子生物学,想通过用物理的语言来描述生物学中的课题。他还发表了许多的科普论文,它们至今仍然是进入到广义相对论和统计力学的世界的最好向导。
薛定谔方程图解(6张)最著名的思想实验是薛定谔的猫,在这个试验中他把量子力学中的反直观的效果转嫁到日常生活中的事物上来,并想以此来表达他对想要用一般的统计学说来解释量子物理的拒绝。
此外薛定谔还发表了50余本著作涉及到不同的题目,还进行了统一的语义场论的努力。
主要作品薛定谔曾先后写作了《生命是什么》《科学与人文主义》,《大自然与希腊人》,《科学理论与人》,《心与物》,《我的世界观》和死后出版的《自然规律是什么》等哲学论著和文集,甚至一度设想过在教书之余,以哲学为主要兴趣,以至于被当代著名物理学家西蒙尼认为“是我们世纪的物理学家中最为引人注目的哲学家”。
四维量子力学膜上的四维量子力学诠释10维或11维的“弦论”-模型图册(4张)类似10维或11维的“弦论”=振动的弦、震荡中的象弦一样的微小物体。
霍金膜上四维世界的量子理论的近代诠释(邓宇等,80年代):
相关书籍(8张)振动的量子(波动的量子=量子诡波)=平动微粒子的振动;振动的微粒子;震荡中的象量子(粒子)一样的微小物体。
波动量子=量子的波动=微粒子的平动+振动=平动+振动
=矢量和量子诡波的DENG'S诠释:微粒子(量子)平动与振动的矢量和社会评价作为一位科学家,薛定谔确实有其独特不群之处。简单说来,可关注的至少有三点:
人格形象不同于一般的,或者说图式化的科学家形象,据穆尔的传记看来,此公似乎是一位性情中人,或者说一位多情种子,毕生陷于恋情的漩涡与纠葛中。不计青少年时期的情窦初开和数次情感遭遇,即使在33岁那年成婚后,他仍然是激情充溢,外遇不断,其对象既有已婚的研究助手的妻子,也有年方二八的他曾辅导过数学的女中学生,既有闻名遐迩的演员和艺术家,也有年轻的政府职员,而这种浪漫风流一直持续到年逾花甲,并且有不止一个非婚生的孩子。对于每一段情感履历,他都非常投入,并为此创作了不少缠绵的情诗。但奇怪的是,生活在维也纳和都柏林这样宗教色彩很浓的地方,他竟然能全然不顾忌传统礼数,认为这是他个人的自由,甚至设想过一妻一妾的生活;而同样令人称奇的是,他与其元配安妮的婚姻历经这种种事端,竟然能白头到老,而且安妮还亲自照料了他非婚生孩子的婴儿期。或许这与安妮自己没有孩子不无关系,但即便如此,这种薛定谔式的爱情,这样的家庭关系,与我们头脑中的科学家形象,恐怕还是会有很大反差,相去甚远的。显然,在这种丰富复杂的性格形象面前,通常的政治标签似乎是显得过于苍白简单了。
独到的贡献不确定关系-薛定谔方程其人其事如此,其科学上的成就也不乏独特之处。依据量子力学中通用的解释,波包塌缩依赖于观察,在观察之前,这只猫应处于不死不活的迭加态,这显然有悖于人们的常识,从而凸显出这种解释的困境。为摆脱这种困境,人们设想出了种种方案,但似乎并不能填平这种常识与微观特异性之间的鸿沟。例如格利宾本人所赞成的多世界解释,认为猫死与猫活这两种结果分属两个独立平行且真实存在的世界,是我们的观察行为选择了其中之一为我们的世界。这似乎不仅没有消除,反倒是增加了人们的困惑。
丰富的思想从薛定谔的“猫悖论”,引出了我们对于他的第三点关注:他的丰富的哲学思想。“猫悖论”反映出在科学哲学层面上,他反对哥本哈根学派,试图用连续的波动图象,重建对微观对象的经典理解,当然,他的尝试并不成功;而在更抽象的形上层次,他则从叔本华那儿接受了古印度的吠檀多哲学,并从这种信仰中去追求自然的统一,追求自我与宇宙精神的统一。这样的科学家形象,与当代职业科学家的技术化,工匠化,商业化和平面化趋势相比较,是否也会给我们若干启示呢? [2]
诺贝尔奖论文可以在哪里找到?
07年11期的《发现》上有一篇题为“3篇地球人都知道的论文”的文章,原载《大学生》。文中提到的3篇论文,有一篇地球人是都知道的,就是爱因斯坦有关狭义相对论论文,但地球人不一定都知道这篇文章的题目是什么。爱因斯坦在1905年发表的这篇论文是当年发表的五篇论文之一,题目叫“论动体的电动力学”。而另外二篇就相对就要生疏多了。但作为物理教学工作者,一般可能都会听说过这“一页多的诺贝尔奖论文”。源于《发现》的这一篇“3篇地球人都知道的论文”,我想在此特意介绍一下这“一页多的诺贝尔奖论文”。
一 故事发生在二十世纪初的法国巴黎。
一样的延续着千百年的灯红酒绿,香榭丽舍大道上散发着繁华和暧昧,红磨坊里弥漫着躁动与彷徨。
而在此时的巴黎,有一个年轻人,名字叫做德布罗意(De Broglie),从他的名字当中可以看出这是一个贵族,De 是法国贵族的标志,像德国贵族的“冯(von)”一样。事实上德布罗意的父亲正是法国的一个伯爵,并且是正是一位当权的内阁部长。这样一个不愁吃不愁穿只是成天愁着如何打发时光的花花公子自然要找一个能消耗精 力的东西来磨蹭掉那些无聊的日子(其实象他这样的花花公子大约都会面临这样的问题)
德布罗意则找到了一个很酷的“事业”——研究中世纪史。据说是因为中世纪史中有着很多神秘的东西吸引着这位年轻人。
时间一转就到了1919,这是一个科学界急剧动荡动着的年代。就在这一年,德布罗意突然移情别恋对物理产生了兴趣,尤其是感兴趣于当时正流行的量子论。具体来说就是感兴趣于一个在当时很酷的观点:光具有粒子性。
这一观点早在十几年前由普朗克提出,而后被爱因斯坦用来解释了光电效应,但即便如此,也非常不见容于物理学界各大门派。
德布罗意倒并不见得对这一观点的物理思想有多了解,也许他的理解也仅仅就是理解到这个观点是在说“波就是粒子”。或许是一时冲动,或许是因为年轻而摆酷,德布罗意来到了一派宗师朗之万门下读研究生。
从此,德布罗意走出了一道足以让让任何传奇都黯然失色的人生轨迹。
二
历史上德布罗意到底花了多少精力去读他的研究生也许已经很难说清,事实上德布罗意在他的5年研究生生涯中几乎是一事无成。事实上也 可以想象,一个此前对物理一窍不通的中世纪史爱好者很难真正的在物理上去做些什么。
白驹过隙般的五年转眼就过去了,德布罗意开始要为他的博士论文发愁了。
其实德布罗意大约只是明白普朗克爱因斯坦那帮家伙一直在说什么波就是粒子,(事实上对于普朗克大约不能用“一直”二字,此时的普朗克已经完全抛弃自己当初的量子假设,又回到了经典的就框架。)而真正其中包含的物理,他能理解多少大约只有上帝清楚。
五年的尽头,也就是在1924,德布罗意终于提交了自己的博士论文
他的博士论文只有一页纸多一点,不过可以猜想这一页多一点的一份论文大约已经让德布罗意很头疼了,只可惜当时没有枪手可以雇来帮忙写博士论文。
他的博士论文只是说了一个猜想,既然波可以是粒子,那么反过来粒子也可以是波。而进一步德布罗意提出波的波矢和角频率与粒子动量和能量的关系是:
动量=普朗克常数/波矢
能量=普朗克常数*角频率
这就是他的论文里提出的两个公式
而这两个公式的提出也完全是因为在爱因斯坦解释光电效应的时候提出光子的动量和能量与光的参数满足这一关系。
可以想象这样一个博士论文会得到怎样的回应。 在对论文是否通过的投票之前,德布罗意的老板朗之万就事先得知论文评审委员会
的六位教授中有三位已明确表态会投反对票。本来在欧洲,一个学生苦读数年都拿不到学位是件很正常的事情,时至今日的欧洲也依然如此。何况德布罗意本来就是这么一个来混日子的的花花公子。
然而这次偏偏又有些不一样——德布罗意的父亲又是一位权高望众的内阁部长,而德布罗意在此厮混五年最后连一个Ph.D都没拿到,双方面子上自然也有些挂不住。
情急之中,朗之万往他的一个好朋友那里寄了一封信。
当初的朗之万是不是碍于情面想帮德布罗意混得一个PhD已不得而知,然而事实上,这一封信却改变了科学发展的轨迹。
三
这封信的收信人是爱因斯坦。
信的内容大致如下:
尊敬的爱因斯坦阁下:
在我这里有一位研究生,已经攻读了五年的博士学位,如今即将毕业,在他提交的毕业论文中有一些新的想法………………
请对他的论文作出您的评价。
另外顺便向您提及,该研究生的父亲是弊国的一位伯爵,内阁的**部长,若您能……,将来您来法国定会受到隆重的接待
朗之万
在信中,大约朗之万的潜台词似乎就是如果您不肯给个面子,呵呵,以后就甭来法国了。
不知是出于知趣呢,还是出于当年自己的离经叛道而产生的惺惺相惜,爱因斯坦很客气回了一封信,大意是该论文里有一些很新很有趣的思想云云。
此时的爱因斯坦虽不属于任何名门望派,却已独步于江湖,颇有威望。有了爱因斯坦的这一封信,评审委员会的几位教授也不好再多说些什么了。
于是,皆大欢喜。
浪荡子弟德布罗意就这样“攻读”下了他的PhD(博士)。
而按照当时欧洲的学术传统,朗之万则将德布罗意的博士论文印成若干份分寄到了欧洲各大学的物理系。
大约所有人都以为事情会就此了结,多少年以后德布罗意那篇“很新很有趣”博士论文也就被埋藏到了档案堆里了。德布罗意大约也就从此以一个PhD的身份继续自己的浪荡生活。
但历史总是喜欢用偶然来开一些玩笑,而这种玩笑中往往也就顺带着改变了许多人的命运。
在朗之万寄出的博士论文中,有一份来到了维也纳大学。
四
1926年初。
维也纳。
当时在维也纳大学主持物理学术活动的教授是德拜,他收到这份博士论文后,将它交给了他的组里面一位已经年届中年的讲师。
这位讲师接到的任务是在两周后的seminar(学术例会)上将该博士论讲一下。
这位“老”讲师大约早已适应了他现在这种不知算是平庸还是算是平静的生活,可以想象,一个已到不惑之年而仍然只在讲师的位置上晃荡的人,其学术前途自然是朦胧而晦暗。 而大约也正因为这位讲师的这种地位才使得它可以获得这个任务,因为德拜将任务交给这位讲师时的理 由正是“你现在研究的问题不很重要,不如给我们讲讲德布罗意的论文吧”。
这位讲师的名字叫做——薛定谔(Schrodinger)
在接下来的两周里,薛定谔仔细的读了一下德布罗意的“博士论文”,其实从内容上来讲也许根本就用不上“仔细”二字,德布罗意的这篇论文只不过一页纸多一点,通篇提出的式子也不过就两个而已,并且其原型是已经在爱因斯坦发表的论文中出现过的。
然而论文里说的话却让薛定谔一头雾水,薛定谔只知道德布罗意大讲了一通“波即粒子,粒子即波”,除此之外则是“两个黄鹂鸣翠柳“——不知所云。
两周之后,薛定谔硬着头皮把这篇论文的内容在seminar上讲了一下,讲者不懂,听者自然也是云里雾里,而老板德拜则做了一个客气的评价:
“这个年轻人的观点还是有些新颖的东西的,虽然显得很孩子气,当然也许他需要更深入一步,比如既然提到波的概念,那么总该有一个波动方程吧”
多年以后有人问德拜是否后悔自己当初作出的这一个评论,德拜自我解嘲的说“你不觉得这是一个很好的评论吗?”
并且,德拜建议薛定谔做一做这个工作,在两周以后的seminar上再讲一下。
两周以后。
薛定谔再次在seminar上讲解德布罗意的论文,并且为德布罗意的“波”找了一个波动方程。
这个方程就是“薛定谔方程”!
当然,一开始德布罗意的那篇论文就已经认为是垃圾,而从垃圾产生出来的自然也不会离垃圾太远,于是没人真正把这个硬生生给德布罗 意的“波”套上的方程当一回事,甚至还有人顺口编了一首打油诗讽刺薛定谔的方程:
欧文用他的psi,计算起来真灵通;
但psi真正代表什么,没人能够说得清。
(欧文就是薛定谔,psi是薛定谔波动方程中的一个变量)
故事的情节好像又一次的要归于平庸了,然而平庸偏偏有时候就成了奇迹的理由。
大约正是薛定谔的“平庸”使得它对自己的这个波动方程的平庸有些心有不甘,他决定再在这个方程中撞一撞运气。
五
上面讲到的情节放到当时的大环境中来看就好像是湖水下的一场大地震——从湖面上看来却是风平浪静。
下面请允许我暂时停止对“老”讲师薛定谔的追踪,而回过头来看一看这两年发生物理学界这个大湖表面的风浪。
此前,玻尔由普朗克和爱因斯坦的理论的启发提出了著名的“三部曲”,解释了氢光谱,在这十几年的发展当中,由玻尔掌门的哥本哈根学派已然是量子理论界的“少林武当”。
1925,玻尔的得意弟子海森堡提出了著名的矩阵力学,进一步抛弃经典概念,揭示量子图像,精确的解释了许多现象,已经成为哥本哈根学派的镇门之宝——量子界的“屠龙宝刀”。不过在当时懂矩阵的物理学家没有几个,所以矩阵力学的影响力仍然有限。事实上就是海森堡本人也并不懂“矩阵”,而只是在他的理论出炉之后哥本哈根学派的另一位弟子玻恩告诉海森堡他用的东西在数学中就是矩阵。
再回过头来再关注一下我们那个生活风平浪静的老讲师薛定谔在干些什么——我指的是在薛定谔讲解他的波动方程之后的两个星期里。
事实上此时的他正浸在温柔乡中——带着他的情妇在维也纳的某个滑雪场滑雪。
不知道是宜人的风景还是身边的温香软玉,总之是冥冥之中有某种东西,给了薛定谔一个灵感,而就是这一个灵感,改变了物理学发展的轨迹。
薛定谔从他的方程中得出了玻尔的氢原子理论!
六
倚天一出,天下大惊。
从此谁也不敢再把薛定谔的波动方程当成nonsense(扯淡)了。
哥本哈根学派的掌门人玻尔更是大为惊诧,于是将薛定谔请到哥本哈根,详细切磋量子之精妙。
然而让玻尔遗憾的是,在十天的漫长“切磋”中,两个人根本都不懂对方在说些什么。在一场让两个人都疲惫不堪却又毫无结果的“哥本哈 根论剑”之后,薛定谔回到了维也纳。
薛定谔回到了维也纳之后仍然继续做了一工作,他证明了海森堡的矩阵力学和他的波动方程表述的量子论其实只是不同的描述方式。
从此“倚天”“屠龙”合而为一。
此后,薛定谔虽也试图从更基本的假设出发导出更基本的方程,但终究没有成功,而不久,他也对这个失去了兴趣,转而去研究“生命是什么”。
历史则继续着演义他的历史喜剧。
德布罗意,薛定谔都在这场喜剧中成为诺奖得主而名垂青史。
尾声
其实在这一段让人啼笑皆非的历史当中,上帝还是保留了某种公正的。薛定谔得出它的波动方程仅在海森堡的矩阵力学的的诞生一年之后,倘若上帝把这个玩笑开得更大一点,让薛定谔在1925年之前就导出薛定谔方程,那恐怕矩阵力学就根本不可能诞生了(波动方程也就是偏微分方程的理论是为大多数物理学家所熟悉的,而矩阵在当时则没有多少人懂)。如此则此前在量子领域已辛苦奋斗了十几年的哥本哈根学派就真要吐血了!
薛定谔方程虽然搞出了这么一个波动方程,却并不能真正理解这个方程精髓之处,而对它的方程给出了一个错误的解释——也许命中注定不该属于他的东西终究就不会让他得到。对薛定谔方程的正确解释是有哥本哈根学派的玻恩作出的。(当然玻恩的解释也让物理界另一位大师—— 爱因斯坦极为震怒,至死也念念不忘“上帝不会用掷色子来决定这个世界的”,此为后话)。
更基本的量子力学方程,也就是薛定谔试图获得但终究无力企及的的基本理论,则是由根本哈根学派的另一位少壮派弟子——狄拉克导出的,而狄拉克则最终领袖群伦,建起了了量子力学的神殿。
仅供参考
薛定谔的猫理论
“薛定谔的猫”理论指要认识量子行为的一个现象:观测。微观物质有不同的存在形式,即粒子和波。通常,微观物质以波的叠加混沌态存在;一旦观测后,它们立刻选择成为粒子。
薛定谔的猫是由奥地利物理学家薛定谔于1935年提出的有关猫生死叠加的著名思想实验,是把微观领域的量子行为扩展到宏观世界的推演。
实验是这样的:在一个盒子里有一只猫,以及少量放射性物质。之后,有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫,同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。
根据经典物理学,在盒子里必将发生这两个结果之一,而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果。在量子的世界里,当盒子处于关闭状态,整个系统则一直保持不确定性的波态,即猫生死叠加。
猫到底是死是活必须在盒子打开后,外部观测者观测时,物质以粒子形式表现后才能确定。这项实验旨在论证量子力学对微观粒子世界超乎常理的认识和理解;
可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理,客观规律不以人的意志为转移,猫既活又死违背了逻辑思维。
参考资料:百度百科--薛定谔的猫
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