埃尔温·薛定谔

埃尔温·薛定谔

埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger ；1887～1961），奥地利理论物理学家，波动力学创始人。生于维也纳，卒于维也纳。1906年，进入维也纳大学物理系，1910年获得博士学位。毕业后，在维也纳大学第二物理研究所担任助教。1913年与K.W.F.科尔劳施合写的关于“泽海姆大气中镭A（即218Po）含量”测定的论文获得了奥地利帝国科学院的海廷格奖金，并于1914年初取得大学教师资格。

第一次世界大战期间，薛定谔服役于一个偏僻的炮兵要塞，战争后期主要是在后方为防空军官讲授气象学入门知识。利用闲暇他潜心研究了A.爱因斯坦当时刚刚提出的广义相对论，以及统计力学和涨落理论、原子物理学等物理学最新进展，并写作了关于大气声学、布朗运动、统计力学等方面的若干篇文章。战后，他回到维也纳大学第二物理研究所。1920年移居德国耶拿，任W.维恩的物理学实验室助手。此后曾先后短期任斯图加特大学副教授和布雷斯劳大学教授。

1921～1926年，薛定谔任苏黎世大学理论物理学教授。1927年，继任柏林大学普朗克理论物理学教授，得以与M.普朗克、爱因斯坦、M.von劳厄、L.迈特纳、W.H.能斯特等一流物理学家一起工作，并与普朗克、爱因斯坦等人建立了亲密的友谊。1933年，纳粹上台后，薛定谔对于纳粹政权迫害犹太人科学家的倒行逆施深为愤慨，借口休假于同年11月初移居英国牛津，在马格达伦学院任访问教授。到达后不久，他即获知“由于新型原子理论的发现和应用”而被授予当年的诺贝尔物理学奖。1936年，薛定谔回到奥地利的格拉茨大学。1938年奥地利被德国吞并后，他陷入了十分不利的处境。同年9月，在友人的协助下，他回到英国牛津。1939年10月转到爱尔兰，在都柏林新建的高等研究院理论物理学部工作了17年。1956年苏军撤离后，薛定谔才回到奥地利。1957年，薛定谔幸免于一场危及生命的重病，但他再也没有完全恢复健康。他去世后安葬于他所喜爱的蒂罗尔山下的阿尔卑巴赫小山村。

科学成就

在苏黎世大学期间，薛定谔的创造力达到了一个高峰。他先是就原子结构、量子比热、气体统计、生理光学和颜色理论及相对论等论题发表了约20篇论文。他提出的色觉理论对于红–绿色盲和蓝–黄色盲频率之间的关系等许多观测数据都能作出很好的解释，生理学家们广泛予以接受。这使他在色论研究方面成为世界范围内的权威。而他在此期间的主要成就，当然是他所创立的波动形式的量子力学。

1925年底到1926年初，薛定谔在爱因斯坦关于单原子理想气体的量子理论和L.V.德布罗意的物质波假说的启发下，借助于光学–力学相似，把经典力学处理原子现象时遇到的困难，理解为类似几何光学面对波动现象的图景，提出了对应于波动光学的波动力学方程，把核外电子轨道或分立的能级理解为波动方程的本征值，由此来说明多种原子物理学现象。他起初试图建立一个相对论性理论，得出了后来称之为克莱因–戈登方程的波动方程，但由于当时还不知道电子有自旋，所以在关于氢原子光谱的精细结构的理论上与实验数据不符。后又改为非相对论性波动方程，后来称之为薛定谔方程，并用其处理电子，得出了与实验数据相符的结果。1926年1～6月，他一连发表了四篇论文，题目都是《作为本征值问题的量子化》，从推导建立波动力学方程求解氢原子的玻尔能级，到应用波动方程于线性谐振子、定轴和自由转动、双原子分子等均得出了与实验一致的能量值。论文还把新理论推广到定态微扰理论上，对斯塔克效应作了很好的说明。他创建了与时间有关的波动方程和含时微扰理论，系统地阐明了波动力学理论。

波动力学方法由于物理图像清晰，所用数学形式推导自然，并能普遍说明多种现象，受到了物理学界广泛的好评和欢迎，也为薛定谔赢得了世界性的声誉。普朗克、爱因斯坦等都给予了高度评价。在此之前，德国物理学家W.K.海森伯、M.玻恩和E.P.约旦于1925年7～9月通过另一途径建立了矩阵形式的量子力学。1926年3月，薛定谔在《关于海森伯、玻恩和约旦的量子力学与薛定谔的量子力学的关系》一文中，证明了波动力学和矩阵力学是数学上等价的量子力学的两种形式，可以通过变换，从一个理论转到另一个理论。在此期间他还发表了数篇论文，以阐明将波动力学应用于从微观力学到宏观力学的转换、康普顿效应、物质波的能量–动量定理等方面。

在量子力学形式体系的物理解释问题上，薛定谔起初试图把波函数Ψ解释为三维空间中的振动振幅，把ΨΨ*解释为电荷密度，把粒子解释为波包。但无法解决波包扩散、光电效应等困难。最后物理学界普遍接受了玻恩提出的波函数的概率解释。

科学活动

1927年，薛定谔在莱比锡出版了他的《波动力学论文集》，收集了他关于波动力学的九篇论文。在柏林期间，他一方面致力于完善和推广波动力学，尤其是发展相对论波动力学，即狄拉克电子理论，并曾试图在广义相对论的时空框架中，用波动力学来描述暗物质的分布。另一方面，他积极加入了玻尔–爱因斯坦关于量子力学诠释问题的争论，提出了著名的薛定谔猫佯谬，对哥本哈根学派的量子力学解释提出了批评。

在都柏林时期，薛定谔的研究领域包括波动力学的应用及统计诠释，新统计力学的数学特征，时空结构和宇宙学理论等。他在讲课的基础上写作了《统计热力学》（英文版，1946）一书，其中对那些通常被忽略的重要问题，如能斯特定理和吉布斯佯谬等，作了较详细的讨论。宇宙学方面的研究则反映在《时空结构》（英文版，1950）和《膨胀着的宇宙》（英文版，1956）这两本书中。与晚年的爱因斯坦一样，这个时期薛定谔以特别的热情致力于把爱因斯坦的引力理论推广为一个统一场论，但也没有取得成功。

出于对科学统一的追求，1944年薛定谔还发表了《生命是什么？》一书（英文版，1948；中译本，1973）。在此书中，薛定谔试图用热力学、量子力学和化学理论来解释生命的本性，引进了非周期性晶体、负熵、遗传密码、量子跃迁式的突变等概念。这本书使许多青年物理学家开始注意生命科学中提出的问题，引导人们用物理学、化学方法去研究生命的本性。其中既包括第二次世界大战中服务于军事部门的F.H.C.克里克和M.H.F.威尔金斯，也包括正在大学学生物，因读了这本书而“深深地为发现基因的奥秘所吸引”的J.D.沃森。正是这三人于1953年发现了遗传物质DNA的双螺旋结构，并于1962年获诺贝尔生理学或医学奖。这使得薛定谔成为今天蓬勃发展的分子生物学的先驱。

薛定谔对哲学有浓厚的兴趣。早在第一次世界大战期间，他就深入研究过B.斯宾诺莎、A.叔本华、E.马赫、R.西蒙、R.阿芬那留斯等人的著作，并对古印度哲学很感兴趣。他曾结合科学中的事例，探讨过许多认识论的问题，认为形而上学在科学认识中能起到“先遣队”和“脚手架”的辅助作用，但它并不足以回答“我们从哪儿来，又去往何处”等终极性问题。晚年，他致力于物理学基础和有关哲学问题的研究，写了《科学与人文主义——当代的物理学》（英文版，1951）、《自然与希腊人》（英文版，1954）、《科学理论与人》（英文版，1957）、《心与物》（英文版，1958）、《我的世界观》（英文版，1961）和他去世后出版的论文集《自然规律是什么》（英文版，1962）等哲学性著作。

回到故国奥地利之后，薛定谔任维也纳大学终身教授，并继续授课一年。奥地利政府给予他极大的荣誉，设立了以薛定谔的姓氏命名的国家奖金，由奥地利科学院颁发。第一次奖金于1957年授予薛定谔本人。他也曾被国内外许多大学和学术团体授予各种荣誉学位和称号，包括梵蒂冈教皇科学院、英国皇家学会、德国科学院和奥地利科学院。