細說薛丁格的生平故事,了解一個偉大物理學家的背後

2020-11-27 綜藝看了沒啊看沒看

到20世紀20年代初,物理學家們已經接受了這樣一種觀念:電子、其他微觀物質以及光被證明既可以濃縮的波包形式出現,也可以表現為向四處傳播的波。到底取何種形式,取決於你選擇要進行的實驗。自1905年愛因斯坦給出對光電效應的光子解釋以來,有許多這樣的無可爭議的實驗事實擺在物理學家面前。但這些事實的深遠意義在很大程度上被忽略了。1909年,愛因斯坦強調指出,光量子帶來一個嚴重問題。但「除了他自己一個人之外」,幾乎沒有人認真考慮過光量子問題。

玻爾在1913年認為,光是以量子躍遷形式發出的,但他不能接受作為粒子的光子概念。1915年,密立根還認為愛因斯坦的光子假說是「魯莽的」。然而,隨著1923年康普頓的電子對單光子的散射實驗結果的確立,物理學家們很快就接受了光子。然而他們不太在意愛因斯坦所持久關注的問題。為什麼呢?因為他們預期無疑會有一種基本理論來解決麻煩的「波粒二象性」悖論。這種基本理論很快就出現了,但它沒帶來問題的解決,而是相反,使得問題變得更嚴重了。

認識到這個悖論是個嚴重的問題已是三年後的1926年了。其關鍵是薛丁格方程。薛丁格不是要尋求解決波粒二象性的悖論,而是看到德布羅意的物質波可以作為一種擺脫玻爾的「討厭的量子躍遷」的途徑。他似乎可以解釋物質波。薛丁格是一個繁盛的維也納家庭裡唯一的孩子,是個優秀的學生。在青少年時期,他的興趣在戲劇和藝術方面。作為對19世紀晚期維也納的資產階級社會的反抗,薛丁格拒絕遵從他成長時期所接受的維多利亞時代的道德觀。他一生追求熱烈的羅曼蒂克,但他對婚姻卻非常嚴肅,夫婦倆畢生相守。

在第一次世界大戰時,薛丁格曾擔任過奧地利軍隊在義大利前線的一名中尉。戰爭結束後,他開始在維也納大學執教。大約在這一時期,他一度熱衷於印度吠陀教派的神秘教學,但他似乎從來都是將這種哲學和物理學清楚地區分開來。1927年,他因為在量子力學研究中的出色工作而被邀請到柏林大學作為普朗克的繼任者。但隨著希特勒在1933年的上臺,薛丁格雖不是猶太人,但還是出於正義感辭職離開了德國。在英國和美國作為訪問學者工作一段時間後,他鬼使神差地接受了去格拉茨大學任系主任的邀請,回到了奧地利。

但隨著希特勒吞併奧地利,他遇到了麻煩,他的反納粹的態度迫使他離開德國勢力範圍,經由義大利來到愛爾蘭首都都柏林,在都柏林高等教育學院理論物理所度過了他的另一段學術生涯。在他中年後,薛丁格的思想已趨向量子力學所涵蓋的那些超越物理學的問題。他出版了兩本簡短但極有影響力的小書:《生命是什麼》和《心與物》。在《生命是什麼》裡,他提出了基因遺傳物質是「非周期性晶體」的量子力學解釋。dna結構的共同發現者弗朗西斯·克裡克承認,薛丁格的這本小書是他獲得靈感的源泉之一。薛丁格的另一本小書《心與物》的第一章的題目就是「意識的物理基礎」。

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