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薛定谔是什么?薛定谔对社会有什么影响?

来源:中国科商网  

薛定谔”一般是指“埃尔温·薛定谔”

埃尔温·薛定谔(ErwinSchrödinger,1887年8月12日-1961年1月4日),生于奥地利维也纳,毕业于维也纳大学,奥地利理论物理学家,量子力学的奠基人之一。

1926年提出薛定谔方程,为量子力学奠定坚实基础,后又想出薛定谔猫思想实验。1933年获诺贝尔物理学奖。薛定谔方程是量子力学中描述微观粒子在运动速率远小于光速时的运动状态的基本定律,在量子力学中占有极其重要的地位。

波动力学的建立,使薛定谔成为世界闻名的物理学家,而他在柏林所作的学术报告,也给普朗克,阿尔伯特·爱因斯坦等留下了很好的印象。他对各种知识运用自如的理论功底,处理技术问题得心应手的数学素养,特别是追求在时空中清晰直观地描述物理对象的经典实在论倾向,都令普朗克和阿尔伯特·爱因斯坦大为赞赏。

普朗克自1892年起就开始担任柏林大学理论物理学教授,作为进入20世纪以来德意志帝国首屈一指的理论家,他在这一职位上呆了34年,直到1926年才以68岁高龄离任。由谁来接任普朗克的职务,主持这一德意志帝国最大的柏林大学物理系,无疑成为一项为物理学家们所瞩目的极高的荣誉,它要求被提名人作为普朗克的继承者,具有很高的声望,突出的成就和优秀的教学才能。薛定谔以建立波动力学而红极一时,并深受普朗克的赏识,并且他已有在大学执教理论物理的多年经验,因此,柏林大学向薛定谔发出了继任普朗克教席的邀请。

无疑,这一邀请对于年仅40岁的薛定谔来说是个极高的荣誉,极具诱惑力,同时也是对他的才能和自信心的一种挑战。柏林在当时享有“物理学首都”的声誉,而柏林大学更是群贤毕至,人才济济,然而,他对苏黎世大学也不无留恋,这里提供了他走向成功的外部环境,有他熟悉亲切,彼此切磋的科研集体,苏黎世大学也以优厚的条件,包括兼任联邦工大理论物理教席的双职双薪这种特殊待遇来极力挽留他,而且他在瑞士的两位博士后兼助理海特勒与伦敦也通过波动力学建立了量子化学理论,这些都使薛定谔难作选择。

最终,还是普朗克的话促使薛定谔做出了决断。普朗克表示,如果薛定谔能成为他的继任者,他将会感到很高兴。这既是莫大的荣耀,更是一种召唤。1927年,薛定谔举家迁居柏林,就任柏林大学理论物理教授,并于次年在普朗克的推荐下成为普鲁士科学院院士。在去普朗克家登门拜访时,薛定谔在普朗克家的来客纪念册上留下了一首诗,诗的最后几行,谈到了普朗克这一表示对他的感召:“词藻华丽的信件,时间长久的言谈,给我的是粉饰的虚幻。而在值得倾心相敬的我们之间,话儿简单,却宛如指南。总之一句话:我将很喜欢。”在柏林大学,除了普朗克和阿尔伯特·爱因斯坦之外,与薛定谔共事的绝大部分是或者将是诺贝尔奖金得主。他们每周三聚集在位于国会大厦附近的威廉皇家物理研究所,报告和讨论物理学的最新进展和疑难,这种高层次的探讨和交流使薛定谔精神上得到了极大的满足和愉悦。在柏林的年代里,薛定谔与自己仰慕已久并与自己科学和哲学观点相似的普朗克和阿尔伯特·爱因斯坦建立了亲密的友谊。他和妻子经常出席相距不远的普朗克家中举行的家庭舞会,他也常去波茨坦附近湖畔的阿尔伯特·爱因斯坦的山坡别墅,两人一起在湖面上泛舟畅游,讨论物理学问题,交换彼此对量子力学解释问题的看法。同时在薛定谔住处也经常举行“维也纳小灌肠晚会”,很快成为科学家们聚会和交往的中心。薛定谔把在柏林大学的时代看作他一生中最幸福的时代,在这里,他以极大的热忱投入了教学工作,和同事们一起,使柏林大学物理系的教学水平达到了前所未有的高度。薛定谔不仅在课堂上循循善诱,也欢迎学生们到他家中探讨学术问题,显得平易近人,不摆架子。他没有让已取得的成就和名望成为自己继续前进的羁绊,而是作为新的起步的起点。在教学之余,他致力于完善和推广波动力学的成果,并努力在研究中把相对论和量子力学这20世纪物理学的两大支柱理论统一起来。占据他这一时期的研究精力的另一中心,就是量子力学的诠释问题。

1926年9月,玻尔邀请薛定谔到哥本哈根讲学,以便就量子力学的解释问题交换意见。薛定谔坚持物理过程的连续性,而玻尔则确信非连续量子跃迁的存在,于是,他们之间的激烈争论便不可避免。海森伯后来回忆说,“玻尔和薛定谔之间的辩论,在哥本哈根火车站就开始了,而且后来每天从清晨继续到深夜。薛定谔是在玻尔家中下榻的,而这就使得他们之间的讨论几乎是永不间断的。而且,尽管玻尔在别的方面和人相处时是最体谅人和最和蔼可亲的,但是这一回我却觉得他是一个寸土不让的狂热者,他不准备向他的对手做出任何妥协,也不准备容忍最小的含糊性。简直难以形容双方展开辩论时的那种感情的强烈程度,也难以形容在他们的每一句话中人们可以觉察出来的那些根深蒂固的信念……”“辩论就这样夜以继日地进行了若干个小时而没有达成任何一致的意见。过了两天,薛定谔生病了,……不得不卧床休息。玻尔夫人照料他,给他端茶送水,而玻尔则坐在床边,并且认真地对薛定谔说:‘但是你肯定必须理解……”但在此次讨论后薛定谔的观点发生了一定的变化,他开始批判性的接受哥本哈根学派的观点。与阿尔伯特·爱因斯坦不同的是薛定谔对于统计性理论并没有提出尖锐的反对意见,而是就波函数的意义展开讨论,他不愿放弃的连续性。对于海森堡的不确定原理的正确性薛定谔很少有质疑,而对他的解释则始终不认同,他更倾向于使用它去抨击跃迁与粒子概念。相比哥本哈根诠释,薛定谔对于隐变量解释表现出了更大的不满。1926年9月,薛定谔从哥本哈根回到苏黎世,他在给玻尔的感谢信中重申了自己的观点,他说:“即使一百次尝试都已失败,也不应该放弃到达目标的希望,我不是说通过经典图景,而是说通过关于空时事件之真实本性的一些逻辑自恰的观念来达到目标,这很有希望是可能的。”1928年5月,薛定谔在给玻尔的信中又提出了进一步的建议,他说,“我认为特别迫切的是要引入对它们来说这些限制(不确定关系)应该不再适用的一些新概念,因为在原理上不可观察的东西根本不应该包括在我们的概念体系中……然而创立这个新的概念体系无疑将是非常困难的,新的设计要求触及我们经验的最深层:空间、时间和因果性。”而在1931年3月12日,他向柏林科学院提交了一篇论文,此文中他首次提出了薛定谔方程与扩散方程的类似性,这一理论后来发展为量子力学的随机诠释。总的说来,在这段时间内,薛定谔有接受哥本哈根派学说的倾向,但并没有放弃对物理实在的追求,思想处于动荡阶段。

薛定谔与阿尔伯特·爱因斯坦一道,在关于量子理论的解释这一学术论战中充分发挥他的理论观点。为了说明情况,构造一个几乎是讽刺的例子,薛定谔提出了“猫悖论”。假设一只猫被关在了包括下述“痛苦装置”的盒子,猫自己不能操纵这个装置。一个带有很少放射性物质的盖革计数器放在盒子里,这样一小时中或许有一个原子衰变,则计数器反应并通过一个继电器扳动一个小锤,打碎氰化物小瓶。人们让这个系统放上一小时后,猫可能还是活着的,如果这中间没有原子衰变,而第一个原子衰变将把猫毒死。这个实验的目的是通过一个理想实验把微观状态(原子衰变)同宏观状态(猫的死活)联系起来,从而得出猫的死活这样的宏观状态也不确定,有待于我们的观察的结论。而这样的结论显然相悖于我们的日常生活经验和实在观念,因而说明量子力学对实在的描述不完备。而他的立场已经发生了一定的改变,即他不再认为波函数是对实在的描述,但阿尔伯特·爱因斯坦似乎并没有意识并理解到这一点,直到薛定谔写信详细阐述了自己的观点。而直到30年代末,薛定谔才正式的认同了理论不是对客观自然的描述而是一个相关联的模型,这一转变即是他的后现代转变。阿尔伯特·爱因斯坦对这一悖论非常赞赏,在1939年8月和1950年12月两次给薛定谔的信中,都称之为揭示了量子力学描述实在的不完备性的最巧妙的办法,并提出应当进一步发展完备的描述。薛定谔提出的猫悖论,又一次表明了他对量子力学诠释问题的关注,也又一次证实了他反对正统诠释的执着。他的这种执着使他后来在物理学家中十分孤立。第二次世界大战中止了关于量子力学诠释问题的论战,但当50年代论战再起,薛定谔又发表了《波动力学的意义》,《有没有量子跃迁》,《基本粒子是什么》,《我们的物质图像》等一系列文章,表现了他作为一个科学家对信念的彻底性和坚定性。

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