埃爾溫·薛定諤

量子力學奠基人之一

埃爾溫·薛定諤(Erwin Schrödinger,1887年8月12日—1961年1月4日),1887年8月12日出生於奧地利維也納,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徠研究組中工作17年。奧地利物理學家,量子力學奠基人之一,發展了分子生物學。

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。代表作品有《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。

人物生平


早年經歷

幼年時期,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。

教育經歷

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。

工作經歷

老年薛定諤日常照
老年薛定諤日常照
在維也納物理研究所工作。
1911年成為埃克斯納的助理。
1920年移居耶拿,擔任M.維恩的物理實驗室的助手。
1927年—1933年。接替M.普朗克,任柏林大學物理系主任。
1939年轉到愛爾蘭,在都柏林高級研究所工作了17年。
1956年,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定諤獎。

寫作經歷

埃爾溫·薛定諤生活照
埃爾溫·薛定諤生活照
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。
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。
1925年底到1926年初,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,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,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,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數的幾率解釋。
1944年,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。

個人生活


家庭生活

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,是一位路德教派的信徒。
父親是一位天主教的信徒。

健康狀況

1徠957年他一度病危。
1961年1月4日,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定諤方程。

獲得榮譽


獲獎時間獲得榮譽
1933年諾貝爾物理學獎
1937年榮獲馬克斯·普朗克獎章

主要成就


當兵時的薛定諤
當兵時的薛定諤
1926年薛定諤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,薛定諤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,薛定諤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“薛定諤的貓”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。其大意是:在一個封閉的盒子里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。
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。
1933年納粹奪權后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。
1937年被授予馬克斯·普朗克獎章。
1942年的薛定諤(前右2)
1942年的薛定諤(前右2)
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。