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物理学家艾尔文·薛定谔,概率波动力学的创始人

时间:2022-10-09 理论教育 版权反馈
【摘要】:艾尔文·薛定谔是奥地利著名的物理学家,是概率波动力学的创始人。第一次世界大战期间,薛定谔在一个偏僻的炮兵要塞服役,他利用闲暇研究理论物理学。随后,薛定谔用波动方程描述了微观粒子运动状态,改称薛定谔方程并用非相对论性波动方程对电子进行处理,得出了与实验数据相符的结果。经过一年的研究,1926年薛定谔连续写了四篇题为《量子化就是本征值问题》,系统地阐明了波动力学理论。

艾尔文·薛定谔是奥地利著名的物理学家,是概率波动力学的创始人。他1887年生于维也纳,1906年入维也纳大学物理系学习。他的一生主要从事有关热学的统计理论问题和色觉理论的研究。

薛定谔在物理学上的造诣最早于1913年他和科尔劳施合写的关于大气中镭含量测定的实验物理论文,当年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,薛定谔在一个偏僻的炮兵要塞服役,他利用闲暇研究理论物理学。在爱因斯坦关于单原子理想气体的量子理论和德布罗意的物质波假说的影响下,对经典力学和几何光学进行对比研究,试图建立一个相对论性理论,最后提出了对应于波动光学的克莱因—戈登方程波动力学方程。随后,薛定谔用波动方程描述了微观粒子运动状态,改称薛定谔方程并用非相对论性波动方程对电子进行处理,得出了与实验数据相符的结果。经过一年的研究,1926年薛定谔连续写了四篇题为《量子化就是本征值问题》,系统地阐明了波动力学理论。1933年,薛定谔与狄拉克共获诺贝尔物理学奖。

1935年,薛定谔发表了题为《量子力学的现状》的论文,发表了著名的薛定谔猫猜想。“薛定谔之猫”是关于量子理论的一个理想实验:将一只猫关在一个箱子里,箱内还置有一小块铀、一只盛有毒气的玻璃瓶和一套受检测器控制的、由锤子构成的执行机构。铀衰变时会放出射线触发检测器驱动锤子击碎玻璃瓶,释放出毒气将猫毒死。但由于铀是不稳定的元素,它衰变的时间是不确定的,它的叠加态导致箱中之猫处于“死-活叠加态”,即通过“检测器-锤子-毒药瓶”这条因果链将铀原子的“衰变-未衰变叠加态”与猫的“死-活叠加态”联系在一起,这一理想实验使量子力学的微观不确定性变为宏观不确定性,使微观的混沌变为宏观的荒谬,促进了量子力学的发展。

除了在量子力学方面的贡献之外,薛定谔还研究了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,探讨过广义相对论的问题并对波场做相对论性的处理。在第一次世界大战期间,薛定谔对斯宾诺莎、阿芬那留斯、叔本华等人的著作进行了研究,然后写了《大自然与希腊人》、《科学理论与人》、《我的世界观》以及《科学和人文主义—当代的物理学》等哲学论文和文集,被当代著名物理学家西蒙尼称为“20世纪物理学家中最引人注目的哲学家”。

和一般的图式化的科学家形象相比,薛定谔是一位性情中人,他的一生不断陷于恋情的旋涡与纠葛中,撇开婚前多次情感遭遇不说,婚后的他也是激情洋溢、外遇不断,其中包括其研究助手的妻子、曾辅导过的女中学生、闻名遐迩的演员和艺术家以及年轻的政府职员,而如此用情泛滥的人竟然能和他的元配安妮白头到老。薛定谔在思想上也有自己的独特风格,作为一名科学家,在哲学上的探讨使之和其本身的技术、工匠化、商业化和平面化的特征相去甚远。他反对哥本哈根学派,试图用连续的波动图像重建对微观对象的经典理解,同时受叔本华的影响,他接受了古印度的吠檀多哲学,追求自然、自我与宇宙精神的统一。他是一位独特的科学家,一位同时在哲学和物理学两个领域取得巨大成就的伟人。

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