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维也纳大学出来的物理学家

时间:2022-02-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:薛定谔于1887年8月12日出生于维也纳一个亚麻油毡厂主的家庭。1906年秋季,薛定谔以优等生的身份进入维也纳大学,维也纳大学的玻尔兹曼教授的统计力学思想吸引着年轻的薛定谔,引导着他走上物理学研究的道路。后来,大约因为哈森诺尔的死亡引起了有关方面的关注,觉得这样高级人才牺牲在战场,损失太大,于是在1917年把薛定谔调到维也纳给防空军官讲有关气象学的知识,同时还兼任大学物理实验课。

薛定谔1887年8月12日出生于维也纳一个亚麻油毡厂主的家。他的父亲鲁道夫(Rudolf Schrödinger,18571919)虽然是一个工厂主,但他不是整天迷着发财的那种资本家,他对知识和艺术有着执追求,早年学过植物学、化学,发表过许多关于植物遗传学的论文,还热衷于意大利油画和木刻。薛定谔的外公鲍尔(Bauer)在维也纳大学学习过数学和化学课程,后在维也纳的一些大学和技术研究所当过教授,人们称他是“奥地利化学的铺路石”。薛定谔的母亲乔基(Georgie)喜欢音乐和文学,特别喜欢拉小提琴和读歌德的作品。乔基只生下这么一个儿子,因此薛定谔独占了父母的宠爱,分享了他们的知识。除了母亲的悉心关照以外,他从小还从两个姨妈罗达(Rhoda)和明妮(Minnie)那儿得到不亚于母亲的关爱。在这种条件下成长起来的薛定谔,和多数独生子女一样,不太合群,常常会做出一些使人难堪的举动,让人厌恶。

奥地利物理学家埃尔文·薛定谔。

也由于是独生子,薛定谔的初期教育是在家完成的,直到11岁(1898年)他才直接考入中学学习。他的父亲是他的启蒙老师,凡是他不懂的问题都向父亲请教。他还向父亲学习木刻艺术,后来木刻成了他终生的爱好。父亲对他的影响很大,这从他下面一段话可以清楚看出:

 

我很感激我的父亲。是他给了我舒适的生活,让我健康成长,并且让我享受到无忧无虑的大学教育。他直到生命垂危之际,仍对所继承的兴隆的油布生意缺乏热情和天赋,他有着非同寻常的深厚文化功底;他在大学学的是化学,但很多年来,他都很关注意大利画家,自己也绘制风景画和铜版画,但最终这些都统统让位于显微镜,因此他还发表了一系列有关系统发育的文章。对他年岁渐长的儿子来说,他是良师,是益友,是永远不知疲倦的谈话伙伴,是可以激发他从事自己珍爱的事情的帮手。我母亲非常和蔼可亲,是天生的乐天派,即使生活面临惶惑,也从不苛求。我感谢我的母亲,不仅因为她对我无微不至的关怀,我想还有我对女性的尊重。

 

进了中学以后,薛定谔才与家以外的人员接触。开始他的确有一些不适应,但后来却让他感到很愉快,这恐怕与他在学习上游刃有余,门门功课优秀领先有关。从进中学到1906年中学毕业,他在班里总是独占鳌头、遥遥领先。他的一个同学在回忆中写道:

 

我不记得我们这位佼佼者有回答不出老师提问的时候。我们都知道他确实是在课堂上就掌握了老师讲授的全部知识,而绝不是死记硬背埋头读书的人。特别是在物理学和数学中,薛定谔有着天才的领悟力,无须通过作业,在课堂上就能立刻理解老师所讲的东西,并加以运用。在最后三年,教我们这两门课的纽曼老师常常会在讲完当天的课程后,把薛定谔叫到黑板前,让他解答问题,他呢,简直就跟玩儿似的,轻松极了。对我们一般学生来讲,数学和物理真是可怕,而这两门偏偏是他偏爱的知识领域。

 

1906年秋季,薛定谔以优等生的身份进入维也纳大学,维也纳大学的玻尔兹曼教授的统计力学思想吸引着年轻的薛定谔,引导着他走上物理学研究的道路。可惜在薛定谔进大学不久,玻尔兹曼于9月6日自杀了。薛定谔曾经说:

 

古老的维也纳研究所,不久之前玻尔兹曼以悲剧的形式离我们而去,弗里茨·哈森诺尔和弗里茨·埃克斯纳在这所大楼里工作,玻尔兹曼的很多弟子在这里进进出出,此时我的心完全被一种伟大的思想占据了。对我而言,对一颗年轻热爱科学的心而言,玻尔兹曼的思想有着不可磨灭的影响,再也不可能有什么思想让我如此着魔了。

 

薛定谔认为,玻尔兹曼统计力学的精髓在于承认原子。在研究原子过程中玻尔兹曼略去了微观世界的细节,但对于不可观察的量绝对没有实证主义的态度。从薛定谔以后的研究中可以看出,他从玻尔兹曼那里牢牢记住了一个原则:理论虽然应当推导出与可观测量相符的结果,但理论工作的出发点绝对不能仅限于可观测的量。

由于玻尔兹曼的去世,薛定谔在大学主要是在理论物理学家哈森诺尔和实验物理学家埃克斯纳(Franz Exner18491926)指导下学习。

1910年,薛定谔在哈森诺尔手下获得博士学位,毕业后留在维也纳大学第二物理研究所工作,协助埃克斯纳教授,直到1914年第一次世界大战爆发。在战争期间,薛定谔在意大利前线海军炮台服役。1915年9月27日的日记中,薛定谔写道:“真是可怕!我多么怀念工作啊!再这样下去,我一定会身心俱毁。”

这年年底,在他服役地区发动的一场进攻中,奥地利军队伤亡8万人,薛定谔命大,不仅没有负伤,还因为“作为炮兵连预备役指挥官指挥非常成功”,获得军中传令嘉奖。嘉奖令中说:“在敌人反复发起的强大攻势面前,他无所畏惧、沉着冷静,是勇武豪胆的光辉榜样。”

但他的老师哈森诺尔却没有这样幸运,他在意大利前线蒂洛尔战区领导14步兵团作战时,被榴弹炸伤不治身亡。哈森诺尔的阵亡使薛定谔痛苦万分。后来,大约因为哈森诺尔的死亡引起了有关方面的关注,觉得这样高级人才牺牲在战场,损失太大,于是在1917年把薛定谔调到维也纳给防空军官讲有关气象学知识,同时还兼任大学物理实验课。这样,薛定谔又可以继续他的物理学研究。

1921年9月16日,薛定谔接受了苏黎世大学的聘请,成为这所名牌大学的教授。以前爱因斯坦、德拜(Peter Debye,18841966,美籍荷兰物理学家和化学家,1936年获诺贝尔化学奖)、劳厄都在这所大学担任过教授,现在他也能到这所大学当教授,当然高兴而且受到鼓舞。他决心大干一场,取得高水准的研究成果。

1922年,薛定谔显示出了他的能力。他用爱因斯坦的光量子学说解释了多普勒效应,率先把有质量粒子电子和无质量粒子光量子联系起来。多普勒效应是一个老课题,以前物理学家们从宏观层次来研究过它,也有很好的结果。现在薛定谔用光量子和电子的粒子性来重新阐述这个问题,把“运动的光源”视为电子一边运动一边放出光量子,结果损失了部分动能和动量,然后利用能量守恒定律和动量守恒定律来计算光谱的位移量。这是在爱因斯坦1905年解释光电效应后,在电子和光量子之间发现的又一种关系。

1922年至1923年,薛定谔的课程排得满满的,每周11小时。与现在大学授课不同,那时著名教授要承担绝大部分的教学任务。薛定谔讲课很受大学生欢迎,他的一个学生穆拉特(Alexander Muralt)回忆说:

 

他首先提出课题,接着回顾人们是怎么着手解决的,然后用数学术语讲述其基础并在我们面前进一步演算。有时候,他会突然停下来,羞涩地一笑,坦白承认他在数学演算中遗漏了一个分歧点,又重新回到关键的地方,一切从头开始。这一幕真令人着迷,在他演算的过程中,我们学到了很多东西。自始至终他都不看备课本,直到演算完毕,他两相对照,说:“对了!”在夏天,天气很热时,我们一起到苏黎世湖边浴场,坐在草地里做笔记,大家一起看着这个身穿泳裤的瘦子在我们带来的黑板上信笔进行数学运算。

 

1923年是薛定谔科学创作低谷之年,这一年他没有发表一篇文章。低谷后面是波峰,他的伟大的创作就要来了!

资料链接:

多普勒效应

由于声源或光源与观测者相对运动而引起的声波或电磁波观测频率的变化。若源的速度是朝向观测者的,则频率增加;若是离开观测者的,则频率下降。

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