正文 第21章 歐文·薛定諤:波動力學方程的提出者(1 / 1)

歐文·薛定諤是奧地利物理學家,理論物理研究者,他提出了波動力學方程。

量子力學有兩種不同的數學形式,一種是波動力學,一種是矩陣力學,到了狄拉克發展成為廣義相對論的量子力學。1926年3月,薛定諤發現理論是等價的,而1926年,狄拉克用變換理論從矩陣力學導出波動力學,這兩個理論的建議者也不再互相敵視,統一的量子力學也確立了。

薛定諤於1887年出生在維也納。還是一個學生的時候,薛定諤就是十分出色的,充滿文學才能的。他學的是物理,但卻寫詩,而且還出過詩集。

在大學裏,有一位老師對薛定諤影響很大。這位老師是玻耳茲曼的繼承者,名叫哈澤諾爾,講課十分出眾。薛定諤在哈澤諾爾的影響下,迷上了理論物理。後來,自1921年到1926年,薛定諤在瑞士蘇黎士高等工業學校執教6年。在這期間,他提出了波動力學。

他的波動力學方程的出發點是:粒子同時是波。

這個理論是沿著德布羅意的思路向下延續的。當薛定諤看到了愛因斯坦對德布羅意的評價時,得知了“物質波”的概念,他當時正在研究熱力學中的統計問題,馬上認識到物質波的觀點,並且認為粒子就像波動輻射上的泡沫。他基於波動的基礎認識波粒二象性。著手研究宏觀世界的力學與微觀世界的力學。他認為德布羅意尚未指出普遍規律。

後來,德國物理學家德拜指出,要是電子是波的話,應該滿足一個關係式,即波動方程。薛定諤開始深入思考方程問題。1925年的時候,薛定諤推出了一個相對論的波動方程,但是與實驗結果相比有一定出入。

1926年,薛定諤發表了《量子化作為本征值問題》,提出了氫原子波函數所遵循的著名方程,以微分方程的形式表現出來,人們稱為薛定諤方程。薛定諤在這一時期共發表了6篇論文,奠定了波動力學的基礎,宣告了量子力學中波動一支的誕生。

薛定諤方程進一步解決了玻爾原子說中的困難,對氫原子的能級也給出了正確的結果。

電子看起來更像脈動的雲而不是沿軌道運行的小行星。從數學上看,波動力學的薛定諤方程與海森堡提出的矩陣力學方程等價。

這一點在1926年被薛定諤認識到,也因此使得量子力學兩種形式得以貫通。現在的人們根據實際情況選擇應該使用的方程。

薛定諤是一個什麼樣的人呢?

學生們回憶說:他的文學修養很高,是一個真正的哲學家。他語言雅致、概念清晰,有很大的數學天賦。

薛定諤的課程,可以讓人從凳子上跳起來拍手稱妙、靈光忽現。他經常提出和普通人相反的觀點。當時柏林的教授很嚴肅古板,但是薛定諤卻有時穿著網球鞋去上課。

薛定諤的方程對認識和計算原子中的電子狀態起了重大作用。他提出無須像玻爾那樣假設一係列條件,而根據波動方程處理一些定態問題即可收到良好效果。

薛定諤創建了波動力學,其目的如他自己所說:

“在用波動力學描述代替通常的力學描述時,我們的目的是要得到這樣一種理論,它既能處理量子條件在其中不起顯著作用的力學現象,也能處理典型的量子現象……因此,在用波動力學代替通常力學時,我們可以一方麵把通常力學作為一種近似保留下來,它隻對於粗略的‘宏觀力學’現象才是有效的。而另一方麵,又有那些精細的‘微觀力學’現象(原子中電子的運動),關於這種現象通常的力學完全不能給出任何知識……”

薛定諤方程是波動力學的核心,是反映低速微觀物理現象的波動力學的最為基本的方程。

這個方程提供了處理原子結構問題上的係統和定量方法。量子力學是從研究原子結構而引發的,自從盧瑟福——玻爾模型以來,人們不斷修正模型並且發展玻爾的量子力學觀點,從而形成第一個量子力學係統理論——波動理論。

波動力學方程的地位就好比牛頓運動方程在經典力學中的地位。

1933年,薛定諤獲諾貝爾獎。

他後來通過量子力學研究生物學與物理學,使得這一方向上的分子生物學誕生很多人才,1953年DNA雙螺旋結構的提出,誕生了真正意義的分子生物學。