欧文·薛定谔。一位科学家的传记

薛定谔·欧文·鲁道夫·约瑟夫·亚历山大。这位科学家的传记

伟大科学家的传记

欧文·薛定er （1887 1961）。

奥地利物理学家欧文·鲁道夫·约瑟夫·亚历山大·薛定谔于 12 年 1887 月 1898 日出生于维也纳。他的父亲鲁道夫·薛定谔是一家油布厂的老板，喜欢绘画，对植物学很感兴趣。作为独生子，欧文在家中接受小学教育。他的第一位老师是他的父亲，薛定谔后来称他为“朋友、老师和不知疲倦的对话者”。 XNUMX年，薛定谔进入学术体育馆，在那里他是希腊语、拉丁语、古典文学、数学和物理的第一位学生。高中时期，薛定谔对戏剧产生了浓厚的兴趣。

1906年他进入维也纳大学，次年开始参加弗里德里希·哈泽尔的物理学讲座，他的绝妙思想给欧文留下了深刻的印象。在 1910 年通过博士论文答辩后，薛定谔成为维也纳大学第二物理研究所实验物理学家弗朗茨·埃克斯纳 (Franz Exner) 的助理。他一直担任这一职务，直到第一次世界大战爆发。 2 年，薛定谔和 K. V. F. Kohlrausch 因对镭的实验研究获得了帝国科学院的海廷格奖。

战争期间，薛定谔在远离前线的山区的省级驻军中担任炮兵军官。他利用空闲时间富有成效地研究了阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论。战争结束后，他回到维也纳第二物理研究所，继续研究广义相对论、统计力学（研究由大量相互作用的物体组成的系统，如气体分子） ) 和 X 射线衍射。同时，薛定谔对色彩理论和色彩感知进行了广泛的实验和理论研究。

1920年，薛定谔与安妮玛丽亚·贝特尔结婚，这对夫妇没有孩子。同年，薛定谔前往德国，在耶拿大学成为马克斯·维恩的助理，但四个月后成为斯图加特理工大学的副教授。一个学期后，他离开斯图加特，并在布雷斯劳（现波兰弗罗茨瓦夫）短暂担任教授职位。薛定谔随后移居瑞士并成为那里的正教授，以及苏黎世大学物理系爱因斯坦和马克斯·冯·劳厄的继任者。

在苏黎世，薛定谔从 1921 年到 1927 年一直呆在那里，他主要研究热力学和统计力学及其在解释气体和固体性质方面的应用。对广泛的物理问题感兴趣，他也关注量子理论的进展，但直到 1925 年爱因斯坦对路易斯·德布罗意的物质波动理论的好评出现时才专注于这一领域。

量子理论诞生于 1900 年，当时马克斯·普朗克提出了一个关于物体温度与该物体发出的辐射之间关系的理论结论，这一结论长期以来一直困扰着其他科学家。然后爱因斯坦、尼尔斯·玻尔、欧内斯特·卢瑟福“参与”了这个理论。

1924 年出现了量子理论的一个新的基本特征，当时德布罗意提出了一个关于物质波动性质的激进假设：如果电磁波，如光，有时表现得像粒子（如爱因斯坦所示），那么粒子，如在某些情况下，电子可以像波一样表现自己。在德布罗意的公式中，对应于粒子的频率与其能量有关，就像在光子（光的粒子）的情况下一样，但德布罗意的数学表达式是波长、粒子质量和速度之间的等效关系（势头）。 1927 年，美国的 Clinton J. Davisson 和 Lester G. Germer 以及英国的 J.P. Thomson 通过实验证明了电子波的存在。

爱因斯坦对德布罗意思想的评论给薛定谔留下了深刻印象，他试图将电子的波动描述应用于构建一致的量子理论，这与玻尔不充分的原子模型无关。从某种意义上说，他打算让量子理论更接近经典物理学，经典物理学已经积累了许多关于波的数学描述的例子。薛定谔于 1925 年进行的第一次尝试以失败告终。薛定谔理论中的电子速度接近光速，这需要将爱因斯坦的狭义相对论纳入其中，并考虑到它所预测的电子质量在非常高的速度下会显着增加。这位科学家失败的原因之一是他没有考虑到电子的特定属性的存在，现在称为自旋（电子围绕自己的轴旋转，如顶部），这当时鲜为人知。

薛定谔的下一次尝试是在 1926 年。这一次，他选择的电子速度是如此之小，以至于援引相对论的需要自行消失了。第二次尝试以薛定谔波动方程的推导而告终，该方程根据波函数给出了物质的数学描述。薛定谔将他的理论称为波力学。波动方程的解与实验观察一致，对后来量子理论的发展产生了深远的影响。

不久之前，维尔纳·海森堡、马克斯·伯恩和帕斯夸尔·乔丹发表了另一个版本的量子理论，称为矩阵力学，它使用可观察量表来描述量子现象。这些表是以某种方式排序的数学集合，称为矩阵，根据已知规则，可以在其上执行各种数学运算。矩阵力学也使得与观察到的实验数据达成一致成为可能，但与波力学不同的是，它不包含对空间坐标或时间的任何具体参考。海森堡特别坚持放弃任何简单的视觉表示或模型，而只支持那些可以从实验中确定的特性。

薛定谔证明了波动力学和矩阵力学在数学上是等价的。现在统称为量子力学，这两种理论为描述量子现象提供了期待已久的共同基础。许多物理学家更喜欢波力学，因为他们更熟悉它的数学装置，而且它的概念似乎更“物理”；对矩阵的操作比较麻烦。

1927年，应普朗克的邀请，薛定谔成为柏林大学理论物理系的继任者。

在海森堡和薛定谔发展量子力学后不久，P. A. M. Dirac 提出了一个更普遍的理论，将爱因斯坦的狭义相对论的元素与波动方程结合起来。狄拉克方程适用于以任意速度运动的粒子。电子的自旋和磁性遵循狄拉克的理论，没有任何额外的假设。此外，狄拉克的理论预言了反粒子的存在，例如正电子和反质子，它们是带相反电荷的粒子孪生。

1933 年，薛定谔和狄拉克因“发现原子理论的新生产形式”而获得诺贝尔物理学奖。在颁奖典礼上，瑞典皇家科学院院士汉斯·普莱耶尔对薛定谔“创造了一个适用于原子和分子内部运动的新力学系统”表示敬意。 Pleyel 认为，波动力学不仅“解决了原子物理学中的许多问题，而且为研究原子和分子的性质提供了一种简单方便的方法，已成为推动物理学发展的强大动力”。

与爱因斯坦和德布罗意一起，薛定谔是哥本哈根对量子力学解释的反对者之一（如此命名是为了表彰尼尔斯玻尔的优点，他为量子力学的发展做了很多工作；玻尔在哥本哈根生活和工作），因为他被它缺乏确定性所排斥。哥本哈根解释基于海森堡不确定关系，根据该关系，粒子的位置和速度不能同时准确地知道。粒子的位置测量得越准确，速度就越不确定，反之亦然。亚原子事件只能预测为实验测量的各种结果的概率。薛定谔拒绝了哥本哈根关于波和微粒模型的观点，认为它们是“附加的”，与现实的画面共存，并继续寻找仅用波来描述物质行为的方法。然而，他在这条道路上失败了，哥本哈根解释成为主导。

1933 年，这位科学家在纳粹掌权后离开了柏林大学的理论物理系，以抗议对持不同政见者的迫害，特别是反对他的一名助手在街上袭击一名犹太人国籍。薛定谔从德国以客座教授的身份前往牛津大学，他抵达后不久就传来了他获得诺贝尔奖的消息。

1936年，薛定谔尽管对自己的前途心存疑虑，还是接受了这个职位，成为了奥地利格拉茨大学的教授，但1938年，在德国吞并奥地利后，他被迫离开这个职位，逃往意大利。接受邀请后，他移居爱尔兰，成为都柏林基础研究所的理论物理学教授，并在该职位上担任了 XNUMX 年，从事波力学、统计学、统计热力学、场论，特别是一般性的研究。相对论。

战后，奥地利政府试图说服薛定谔返回奥地利，但由于该国被苏联军队占领，他拒绝了。 1956年，他接受了维也纳大学的理论物理学教授。这是他一生中担任的最后一个职位。

他一生都是大自然的爱好者和狂热的徒步旅行者。在他的同事中，薛定谔被称为一个封闭、古怪的人，几乎没有志同道合的人。狄拉克这样描述薛定谔在布鲁塞尔著名的索尔维大会上的到来：“他所有的东西都装在一个背包里。他看起来像个流浪汉，在他给薛定谔一个旅馆房间之前，他花了很长时间才说服接待员。”

薛定谔不仅对科学很感兴趣，而且对物理学的哲学方面也很感兴趣，并在都柏林写了几篇哲学研究。反思将物理学应用于生物学的问题，他提出了用分子方法研究基因的想法，并在《What is Life? Physical Aspects of the Living Cell》（1944）一书中进行了阐述。影响了几位生物学家，包括弗朗西斯·克里克和莫里斯·威尔金斯。薛定谔还出版了他的诗集。

他于 1958 年退休，享年 4 岁，三年后于 1961 年 XNUMX 月 XNUMX 日在维也纳去世。

除了诺贝尔奖，薛定谔还获得了许多奖项和荣誉，包括意大利国家科学院的马特乌奇金奖、德国物理学会的马克斯普朗克奖章，并被德国政府授予功勋勋章。薛定谔是根特大学、都柏林大学和爱丁堡大学的名誉博士，是宗座科学院、伦敦皇家学会、柏林科学院、苏联科学院、都柏林科学院和马德里科学院。

作者：萨明 D.K.

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