风流才子薛定谔野史趣闻

2018-09-09 23:00:37

薛定谔简历:

姓:薛定谔

名:记不住

生卒年份:不是很重要

国籍:好像是奥地利

性别:

爱好:女

帅气,杠杠滴

在物理学历史上有一道奇观:人们对薛定谔的情史比对薛定谔的成就更感兴趣。如果以十个手指计算薛定谔的女朋友们,那显然是高估了手指的计算能力。他在结婚前,交往的女朋友中有名有姓的就有4个,然而婚姻并不是他风流的终结,恰恰只是个开始,他的兴趣范围扩大为女学生、演员、艺术家、公务员等等等等,也留下不少战利品—私生子,他的妻子甚至还抚养了一位他的私生子,而薛定谔本人却正在和他私生子的母亲在阿尔卑斯山度假,后人曾调侃比起波粒二象性,薛定谔更分不清情人与妻子的区别。

若完全以道德标准衡量薛定谔是完全多余的,我行我素的薛定谔靠一双眼睛就足以迷倒一帮女人。个人认为薛定谔是风流而不是下流,二者的区别在于,风流是蜜蜂遇见了花,看到就想亲;而下流是瞌睡遇上了枕头,看到就想睡。(本人知道,这样说很酸,就像孔乙己说的:读书人能叫偷么?但是评价历史人物往往都是这样

翻开量子力学发展史,多少英雄出少年,爱因斯坦26岁提出光量子、玻尔28岁提出量子轨道模型、泡利25岁提出不相容原理、海森堡24岁发明矩阵力学.......在这点上薛定谔似乎算是大器晚成了,直到39岁才提出薛定谔方程,而他建立方程的过程也具有风流色彩,据说他正在和他的情人在阿尔卑斯山上度1925年的圣诞假,她的柔情给了他莫大的激情,灵感如长江之水一发不可收拾。

1925年,薛定谔从爱因斯坦的论文中得知“相波”的概念,他被德布罗意的精彩论文深深吸引,并对此有很深的见解。在一次学术研讨会上,薛定谔将粒子的波动性解释的淋漓尽致,听得津津有味的物理化学家德拜问他:既然粒子有波动性,那么应该有一种描述波动性的方程。一句话点透了薛定谔心如明镜一般,然而建立新的方程也并非易事,他开始从爱因斯坦的相对论入手,始终没有好的方法。退而从经典力学出发,经过几周的努力创立了方程,这就是名震江湖的薛定谔方程。

1926年,在5个月内,他陆续发了4篇论文。在建立方程后,薛定谔对德布罗意波进行了拓展,并取名物质波。方程中有个函数叫Ψ,用来描述物质波的状态,所以叫波函数。

整个物理学界又高潮了,人们热情洋溢的谈论着薛定谔的方程。一直反对量子论的量子论的创始人普朗克高兴之极,而薛定谔创立波动方程的初衷也是反对量子论的。普朗克称薛定谔的工作是划时代的工作;对量子理论也有偏见的爱因斯坦也称赞他为天才;大嘴巴泡利也一改往日作风,对新的事物给予了极大的支持。然而几家欢喜几家愁,量子论的学者似乎对此有意见,其中意见最大的莫过于刚提出矩阵力学不久的海森堡,因为薛定谔的方程抢了自己的“饭碗”——风头盖过了矩阵力学。

当波动方程如众星拱月时,海森堡的评价是这样:“薛定谔的方程没有任何物理意义。”换句通俗的话说:此方程不能作为物理学方程的vip,甚至不能作为一个ip,它只能是个P。

薛定谔的回答也不遑多让:“对于那些没有艺术层次的理论(矩阵力学),让我感到沮丧。”

双方你一样我一语,各不相让。不过很快,海森堡的老师索末菲从数学上推导这两种方法在处理问题上是等价,这种说法就像是在“和稀泥”,只能是治标不治本,因为两种理论的立足点:矩阵力学是“微粒”,薛定谔方程是“波动”,这才是波粒战争的根本所在。

这已经不是两种方法上的问题了,而是两个派别之间的问题了,他们都争锋相对、相互质疑,尽管他们有些人私下关系很好,因为这些争论纯粹是学术上的。1926年9月薛定谔受邀来哥本哈根,作为哥本哈根的头头——玻尔对他盛情款待,但是玻尔绝对不会放过任何一个可以辩论的机会,终于薛定谔招架不住了。招架不住的不是他的方程,而是他的身体,即是这样,玻尔依然会冲到病房里和他讨论。

不管怎样,波动方程还是很受欢迎,即便是微粒说的派别里,既然已经论证波动方程于矩阵力学等价,那么用波动方程处理问题也无不可。一直以来,人们对理论学家都有很深的误解,以为他们都喜欢头发蓬松、不修边幅,一味地搞一些别人看不懂的公式,殊不知他们也和普通人一样是“有车就不走路”的,比如两种方法,他们肯定会选择容易的,这也是他们喜欢薛定谔方程的最大原因——因为他们个个都是微积分的高手。至于形象问题,个人觉得爱因斯坦要对此负很大责任。

言归正传!微粒派中,有很多人都对薛定谔方程示好,其中就包括海森堡的恩师——玻恩。他是这样评价薛定谔方程的:量子规律中最深刻的形式。海森堡对老师的立场不坚定感到十分伤心,然而玻恩却笑而不语,年轻人到底还是沉不住气。玻恩只是称赞方程,而并没有忘记自己的立场——量子论,

在前面的故事中,我们一直都在强调一点,在物理学中任何一个符号都是有其物理意义的,用于描述物质波的波函数Ψ有什么意义呢?这正是玻恩的出发点。

试看薛定谔怎么解释波函数的:Ψ是一个空间分布函数,电子不是一个粒子,而是一团波,就像云彩一样在四周扩展开来,电子没有具体的位置,也没有具体的路径,而Ψ正是描述电子分布行为的,同样,电子也好、光子也罢,他们都不是传统意义上的粒子,它们都是一团一团的。

举个例子:就像开水锅里的水蒸气,掀开盖来落在过锅盖上才成了水珠,这水珠就是人们长期以来误以为的粒子。那么,没有掀开盖的锅里是什么样的呢?薛定谔则茫然了,因为他也不能再锅盖没有打开之前钻到锅里考察情况。

玻恩其实也不知道锅里是什么,他猜测是个骰子。就这样,著名的骰子进入了物理界。但怎么理解骰子概念呢?玻恩将Ψ函数解释为概率波函数,就像骰子没有停止转动前,骰子以P=1/6的概率显示1—6其中的一个数;电子也是如此,它会以概率的形式在某个地点出现,当电子被观测时,电子波函数瞬间以一个值出现,就像停下了的骰子一样。

但是玻恩的骰子确实相当危险的!我们知道在研究分子运动的时候,也引入概率这样的问题,并发展为一个物理学分支——统计物理学。玻恩说的概率与以往的概率分布有明显的区别:假设两个分子处在同样的环境下,它们最终的归宿将会一样,而电子则不同,即便人类有办法为两个电子创造同样的环境,也没有办法决定它们两有相同的归宿。换句话说:以往的统计学是“假如你全做的对,那么我就给你一百分”,这是一个因果关系,而玻恩的骰子是指:“假如你全都做的对,我会根据心情给你打分。”因果律已经不复存在了。

回到“波粒”问题上来,玻恩的骰子论是指单个电子作为“粒子”在空间概率分布,这就意味着没有办法解决双缝干涉实验中单个电子也自我干涉的问题;同样,薛定谔的波函数解释为电子空间分布依然解决不了电子波瞬间坍缩的问题。

不管怎样,薛定谔提出的波函数比玻恩成功的“嫁接”了,而人们对玻恩的“嫁接”感到很满意,毕竟Ψ的平方确实看上去像概率分布。薛定谔对此始终持反对态度,然而最终不免落个“薛定谔不懂薛定谔方程”这样的历史考语。

此时,作为哥本哈根学派的领军人物玻尔也开始有点动摇:“难道电子真的是个波?”不过海森堡还是一如既往地坚持微粒说,谁要和他提到电子波他就跟谁急,即便是玻尔也不行。1926年物理学界似乎只有一个主题——争吵。玻尔也深陷其中,和薛定谔争完和海森堡吵,他身心俱疲,决定外出度个假,消消乏。

而海森堡还在研究他的矩阵运算中遗留问题,即A×B≠B×A。

本文作者:80年生的蛋(今日头条)
热门推荐