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Erwin Schrödinger

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埃爾溫·薛定諤(Erwin Schrodinger),1887年~1961年,奧地利理論物理學家,量子力學的奠基人之一,在固體的比熱、統計熱力學、分子生物學等方面也做了大量的工作。最重要的成就是創立了波動力學,提出著名的薛定諤方程。並且於1926年證明自己的波動力學是與海森堡、玻恩和約當所創立的矩陣力學在數學上是等價的。與英國物理學家狄拉克一起獲得1933年諾貝爾物理學獎。

1 埃爾溫·薛定諤 - 簡介

埃爾溫·薛定諤埃爾溫·薛定諤

埃爾溫·薛定諤 (德文:Erwin Schrödinger ; 英文通常寫作Erwin Schrodinger),又譯薛丁格,原名埃爾溫·魯道夫·約瑟夫·亞歷山大·施羅丁格(Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger),1887年8月12日生於維也納埃德伯格(Wien Erdberg),1961年1月4日卒於奧地利的阿爾卑巴赫山村。奧地利理論物理學家,量子力學的奠基人之一。1933年和英國物理學家狄拉克共同獲得了諾貝爾物理學獎,被稱為量子物理學之父。

他的父親魯道夫·施羅丁格是生產油布和防水布的工廠主同時也是一名園藝家。她的母親喬治亞娜·艾米莉·布蘭達是維也納高等技術大學的教授亞歷山大·鮑爾的女兒。

在固體的比熱、統計熱力學、分子生物學等方面也做了大量的工作。最重要的成就是創立了波動力學,提出著名的薛定諤方程。並且於1926年證明自己的波動力學是與海森堡、玻恩和約當所創立的矩陣力學在數學上是等價的。與英國物理學家狄拉克一起獲得1933年諾貝爾物理學獎。

2 埃爾溫·薛定諤 - 履歷

埃爾溫·薛定諤埃爾溫·薛定諤

1906 年入維也納大學物理系學習 。埃爾溫·薛定諤1906年入維也納大學物理系學習。1910年獲博士學位。畢業后,在維也納大學第二物理研究所工作,直到1920年以前主要在維也納大學任教,

1921~1927年在蘇黎世大學任教,開頭幾年,他主要研究有關熱學的統計理論問題,寫出了有關氣體和反應動力學、振動、點陣振動(及其對內能的貢獻)的熱力學以及統計等方面的論文。他還研究過色覺理論,他對有關紅-綠色盲和藍-黃色盲頻率之間的關係的解釋為生理學家們所接受。

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,利用閑暇研究理論物理學。戰後他回到第二物理研究所。1920年移居耶拿,擔任M.維恩的物理實驗室的助手。

1925年底到1926年初,薛定諤在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──以後人們稱之為薛定諤方程──來處理電子,得出了與實驗數據相符的結果。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.玻爾和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,薛定諤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。薛定諤起初試圖把波函數解釋為三維空間中的振動振幅,把解釋為電荷密度,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數的幾率解釋。  

埃爾溫·薛定諤埃爾溫·薛定諤
1927~1933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。1956年回維也納,任維也納大學榮譽教授。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年薛定諤提出用波動方程描述微觀粒子運動狀態的理論,后稱薛定諤方程,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。1944年,薛定諤著《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,使薛定諤成為蓬勃發展的分子生物學的先驅。
  
在後期,薛定諤研究有關波動力學的應用及統計詮釋,新統計力學的數學特徵以及它與通常的統計力學的關係等問題。他還探討了有關廣義相對論的問題,並對波場做相對論性的處理。此外,他還寫出了有關宇宙學問題的一些論著。與愛因斯坦一樣,薛定諤在晚年特別熱衷的是把愛因斯坦的引力理論推廣為一個統一場論,但也沒有取得成功。   
埃爾溫·薛定諤埃爾溫·薛定諤

薛定諤對哲學有濃厚的興趣。早在第一次世界大戰期間,他就深入研究過B·斯賓諾莎、A·叔本華、E·馬赫、R·西蒙、R·阿芬那留斯等人的哲學著作。晚年,他致力於物理學基礎和有關哲學問題的研究,寫了《科學和人文主義——當代的物理學》(英文版,1951)等哲學性著作。

1921年任瑞士蘇黎世大學數學物理學教授。1926年,薛定諤證明波動力學與矩陣力學在數學上是等價的。1927年接替普朗克到柏林大學擔任理論物理學教授,並成為普魯士科學院院士。1933年,因納粹迫害,薛定諤移居英國牛津,在馬格達倫學院任訪問教授。同年與狄拉克共同獲得諾貝爾物理學獎。薛定諤晚年定居在愛爾蘭。1956年,薛定諤返回維也納大學物理研究所,獲得奧地利政府頒發的第一屆薛定諤獎。1957年他一度病危。1961年1月4日,他在奧地利的阿爾卑巴赫山村病逝。

3 埃爾溫·薛定諤 - 成果榮譽

1926年他提出著名的薛定諤方程,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。這使薛定諤一舉成名,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。

1937年被授予馬克斯·普朗克獎章。

1944年薛定諤出版了《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,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定諤的貓,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。

此外薛定諤還發表了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。

4 埃爾溫·薛定諤 - 評價

埃爾溫·薛定諤埃爾溫·薛定諤

作為一位科學家,薛定諤確實有其獨特不群之處。簡單說來,可關注的至少有三點:

人格形象

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,此公似乎是一位性情中人,或者說一位多情種子,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,甚至設想過一妻一妾的生活;而同樣令人稱奇的是,他與其元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,這種薛定諤式的愛情,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。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。 

獨到的貢獻

不確定關係-薛定諤方程其人其事如此,其科學上的成就也不乏獨特之處。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,人們設想出了種種方案,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。 

豐富的思想

從薛定諤的「貓悖論」,引出了我們對於他的第三點關註:他的豐富的哲學思想。「貓悖論」反映出在科學哲學層面上,他反對哥本哈根學派,試圖用連續的波動圖象,重建對微觀對象的經典理解,當然,他的嘗試並不成功;而在更抽象的形上層次,他則從叔本華那兒接受了古印度的吠檀多哲學,並從這種信仰中去追求自然的統一,追求自我與宇宙精神的統一。這樣的科學家形象,與當代職業科學家的技術化,工匠化,商業化和平面化趨勢相比較,是否也會給我們若干啟示呢?

5 埃爾溫·薛定諤 - 個人影響

埃爾溫·薛定諤薛定諤傳

薛定諤科學上的成就也不乏獨特之處。薛定諤於1926年提出其波動方程時已39歲,比起量子力學史上的其他英雄們,可謂是大器晚成(發表他們的第一篇成名論文時,愛因斯坦26歲,玻爾28歲,海森伯24歲,泡利25歲,狄拉克24歲,約當23歲,烏倫貝克和戈德斯密特分別為25和23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的等價,令整個物理學界為之震驚。

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,到激光,超導和計算機。格利賓的書對量子力學的歷史發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,「薛定諤的貓」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。

6 埃爾溫·薛定諤 - 著作

他曾先後寫作了《生命是什麼》《科學與人文主義》,《大自然與希臘人》,《科學理論與人》,《心與物》,《我的世界觀》和死後出版的《自然規律是什麼》等哲學論著和文集,甚至一度設想過在教書之餘,以哲學為主要興趣,以至於被當代著名物理學家西蒙尼認為「是我們世紀的物理學家中最為引人注目的哲學家」。


7 埃爾溫·薛定諤 - 逸聞

楊振寧曾表示,他不曾當面見過薛丁格,據說薛丁格有很多情婦,且樂於讓人知道,此舉不見容於普林斯頓。他有不少私生子。薛丁格赴英國牛津大學任教時,要求牛津大學聘任亞瑟‧馬胥(Arthur March)為其助理,因為薛丁格愛上了馬胥之妻希爾妲(Hilde)。希爾妲曾為薛丁格產下一女。薛丁格也和兩名愛爾蘭籍女子有私生子。他的妻子安妮也和薛丁格的朋友赫爾曼威爾(hermann weyl)有曖昧的關係。2001年11月,劇作家Matthew Wells的作品《薛丁格的女朋友》(Schrodinger's Girfriend)在舊金山著名的Fort Mason Center首演。《薛定諤的女朋友》說:「到底是波-粒子的二象性難一點呢,還是老婆-情人的二象性更難?」

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