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第20章 薛定谔

薛定谔(1887-1961年),奥地利理论物理学家,是波动力学的创始人。1887年8月12日,薜定谔出生于维也纳一个油布工厂主的家庭,中学时就对数学、物理学和逻辑严谨的古代语法产生了浓厚的兴趣。1906-1910年,他在维也纳大学物理系学习。1910年获得博士学位。毕业后,在维也纳大学第二物理研究所工作。1913年与科耳劳施合写了关于大气中镭A(即218Po)含量测定的实验物理论文,并因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,他在一个偏僻的炮兵要塞服役,利用闲暇时间开始研究理论物理学。战后他回到第二物理研究所。1920年移居耶拿,担任维恩的物理实验室的助手。

1921年,薛定谔受聘到瑞士苏黎士大学任数学物理学教授,在那里工作了6年。1927年接替普朗克任柏林大学理论物理学教授。同年当选为普鲁士科学院院士。1933年受德国纳粹党徒的迫害,离开苏黎士到英国牛津大学担任物理学教授。同年和狄拉克一起获得诺贝尔物理学奖。1938年在格拉兹薛定谔再度受到纳粹的迫害,于9月1日仅“带了一只小小皮箱”逃往都柏林,在都柏林高级研究所,他成为理论物理学的领导。在那里,他待了17年。在此期间,他继续从事科学研究,并发表了很多论文。1956年,他回到祖国奥地利,成为维也纳大学物理系的名誉教授。

1957年薛定谔接受了德国高级荣誉勋章。他还被很多大学和科学团体授予了荣誉学位,其中包括英国伦敦皇家学会、柏林普鲁士科学院、奥地利科学院等。1957年,薛定谔一度病危。1961年1月4日,他在奥地利的阿尔卑巴赫山村病逝。

除了少量的实验性研究外,薛定谔事实上把全部精力都集中在了理论物理学问题的研究上。1924年,法国物理学家德布罗意第一次提出了物质波理论,即一切微观粒子,都像光一样具有波粒二象性。在这一理论的基础上,1926年,薛定谔独立地创立了波动力学,提出了薛定谔方程,确定了波函数的变化规律。这与海森堡等人几乎同时创立的矩阵力学成为量子力学的双胞胎。现在,这些理论已成为研究原子、分子等微观粒子的有力工具,并奠定了基本粒子相互作用的理论基础。薛定谔的理论,与海森堡所发展的形式不同,这个理论的数学式子便于实际应用。虽然形式上好像两种完全不同的理论,但是薛定谔能够证明它们在数学上是等价的。薛定谔波动方程提出之后,在微观物理学中得到了广泛的应用。在薛定谔的诸多科学论着中,以1927年和1928年发表的《波动力学论文集》和《关于波动力学的四次演讲》最为着名。另外,有关固体的比热、统计热力学、原子光谱、镭、时间与空间等方面,他都发表过研究论文。

1944年,薛定谔还发表了《生命是什么?——活细胞的物理面貌》一书。在这本书中,薛定谔试图用热力学、量子力学和化学理论来解释生命的本性,引进了非周期性晶体、负熵、遗传密码、量子跃迁式的突变等概念。这本书使很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,从而使薛定谔成了当今蓬勃发展的分子生物学的先驱。

除了物理,薛定谔还对哲学有浓厚的兴趣。早在第一次世界大战期间,他就深入研究过斯宾诺莎、叔本华、马赫、西蒙、阿芬那留斯等人的哲学着作。晚年,他又致力于物理学基础和相关哲学问题的研究,写了《科学和人文主义——当代的物理学》(英文版,1951年)等哲学性着作。

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