《薛定谔讲演录》导读

 

大师生平

艾尔文·薛定谔(1887—1961)是20世纪杰出的物理学家，波动力学的主要创始人之一。

1887年8月12日生于奥地利维也纳。

1906—1910年，在维也纳大学攻读数学物理。

1910年获得博士学位。毕业后，在维也纳大学第二物理研究所工作。

1913年与科耳劳施合写了关于大气中镭A(即218Po)含量测定的实验物理论文，为此获得了奥地利帝国科学院的海廷格奖金。

一战期间，服役于一个偏僻的炮兵要塞，利用闲暇研究物理学。战后回到第二物理研究所。

1920年，移居耶拿，担任M.维恩的物理实验室的助手。

1921年，到瑞士苏黎世大学任数学物理教授，期间专心从事理论物理学研究。

1925年底到1926年初，薛定谔在爱因斯坦和德布罗意的启发下，提出了波动力学方程，奠定了波动力学的基础。

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》，系统地阐明了波动力学理论。普朗克曾高度评价说：“这一方程式奠定了近代量子力学的基础，就像牛顿、拉格朗日和哈密顿创立的方程式在经典力学中所起的作用一样。”

1927年，到柏林大学担任理论物理学教授，与普朗克建立亲密友谊。同年出版了他的《波动力学论文集》。

1933年，薛定谔对于纳粹政权迫害杰出科学家的倒行逆施深为愤慨，同年11月初移居英国牛津。就在这一年，他与狄拉克共同获得诺贝尔物理学奖。

1936年，回到奥地利的格拉茨大学工作。1938年，德国吞并了奥地利。薛定谔偷偷穿过前线，离开了法西斯占领区。在美国普林斯顿大学做了短期讲学之后，就到爱尔兰的都柏林高等研究院工作了17年。与爱因斯坦一样，薛定谔在晚年特别热衷于把爱因斯坦的引力理论推广为一个统一场论，同样没有取得成功。

1944年，发表了《生命是什么——活细胞的物理学观》一书，试图用热力学、量子力学和化学理论来解释生命的本性。这本书使他成为今天蓬勃发展的分子生物学的先驱。20世纪50年代初，在薛定谔的影响下，克里克和沃森提出了著名的DNA的“双螺旋结构模型”。

1956年，回到了奥地利，在维也纳大学担任名誉教授。奥地利政府设立了以薛定谔的名字命名的国家奖金。第一次奖金于1957年授予薛定谔本人。

1957年他一度病危。

1961年1月4日，他在奥地利的阿尔卑巴赫山村病逝。

 

薛定谔方程与波动力学

薛定谔在从事原子光谱的研究时，感到玻尔轨道理论中的量子化条件很难令人满意。1924年，德布罗意用物质波把波同做自由运动的粒子联系起来。这对薛定谔有很大启发。他设想，经典力学可能也是一种波动力学的近似。开始尝试把德布罗意波推广到非自由粒子。最后得到了一个简洁的解。他立刻把他的方法应用到氢原子的电子上，同德布罗意一样，也考虑到了电子运动的相对论性力学。但得到的结果和实验不符。这使他很失望，觉得他的方法毫无长处，因而放弃了它。但在几个月之后，他又回头来研究这个问题。发现如果非相对论性地处理电子，所得结果将在非相对论性的近似上符合于观测的记录。这样，他才写出论文，在1926年发表，经过一番曲折，以他的名字命名的薛定谔方程终于问世了。

《薛定谔讲演录》一书共包含了四次演讲。在第一次演讲中，薛定谔介绍了他是如何创建波动力学的。

在第二次演讲中，薛定谔介绍了氢原子的波函数，并对选择定则和光谱线的偏振定则做了解释，并进一步推导了含有时间的波动力学方程。

第三次演讲介绍了次级辐射理论、色散理论和共振辐射理论，并把单质点波动力学推广到非单质点的系统。

第四次演讲进一步考虑了氢原子中核的运动，讨论了任意系统的微扰，以及两个任意系统间的相互作用。最后，探讨了ψ函数的物理意义。

在薛定谔发表关于波动力学的论文之前不久，德国物理学家海森伯等在1925年建立了矩阵力学，也就是量子力学。这是描述低速微观物理现象的另一种形式体系。1926年，薛定谔在《论海森伯、玻恩和约旦的量子力学和薛定谔的波动力学之间的关系》一文中，证明了二者在数学上是等价的。沿着两条不同的思维路线，发展出低速微观物理学的同一理论基础。这在科学史上也是一件比较突出的事例。

 

与哥本哈根学派之争

以玻尔、海森伯等为代表的哥本哈根学派从测不准关系出发，提出了互补原理。他们认为： “在原子物理学中，观测者和客体的相互作用引起受测系统不可控制的、巨大的变化。”他们只承认可观测的现象之间的关系，否认现象后面的物理实体。还宣扬非决定论，认为“原子事件的空间时间描述是互补于它们的决定论描述的。”同时认为，波动图像和粒子图像是相互排斥的，因为一个东西不能同时是一个粒子又是一个波，但二者却相互补充。

关于量子力学的解释，薛定谔同哥本哈根学派进行了二三十年的长期论战。他的主要论点如下：

 

第一，微观客体的真实状态是可知的。他批评了“测量仪器对受测系统的作用在原则上是不可控制的”的论点。指出“测不准关系同不完全知识毫无关系”。为了解释测不准关系，他设想适用于微观世界的几何学不是三维空间而是位形空间。

第二，不能在微观物理学中摒弃素朴的实在论。他提出了著名的“猫的比喻”，批评了哥本哈根学派“摒弃素朴的实在论”，反对他们以为“实在的……只是知觉、观察、测量”的实证主义观点。指名批评了玻尔和海森伯，指出：“他们以为客体不能不依赖于观察主体而存在。他们认为物理学的新近发展已经推进到主观和客观的神秘边界，从而使这一边界已变得不再是一条明晰的边界了。”

薛定谔同哥本哈根学派的激烈论战中，有许多言论是倾向于唯物论的。这一点，连他的论敌海森伯也意识到了。他说：“所有哥本哈根学派的反对者有一点是一致的。照他们看来，应当回到经典物理学的实在概念，或者，用更普通的哲学术语来说，回到唯物主义的本体论。”德布罗意认为，薛定谔对波动力学的实证主义解释的批评是有巨大意义的。

第三，作为微观物理学的先驱者之一，薛定谔也是物理学界中反对拉普拉斯机械决定论的先驱者之一。但是，他也反对哥本哈根学派否认因果性的论点。他不同意哥本哈根学派的约尔丹把“自由意志”引到微观物理世界中来。

第四，在波粒二象性问题上，薛定谔不同意哥本哈根学派否认一个微观客体同时是一个粒子又是一种波的观点。他指出：“大量实验证据倾向于确认，波动特征和粒子特征绝不是单独地出现的，而总是结合在一起的；它们构成同一现象的不同方面，而且对一切物理现象都确实是这样。这种结合不是很松散和表面的样子。”

 

哲学薛定谔

薛定谔不仅是杰出的物理学家，而且对哲学也有浓厚的兴趣。他迫切需要寻求一种哲学作为他的方法论武器。他早在31岁时，就专心研读了斯宾诺莎、叔本华等人的著作，也写了不少哲学性论著。

他曾辛辣地批评现代西方科学家“眼界狭小”、“与世隔绝”、“毫不关心自己的狭窄专业以外的一切，并且挖苦有志于综合全部知识的怪人为半瓶醋”。他号召人们“用古希腊的方式来看待世界”。

薛定谔自称其某些哲学观点同普朗克一致。认为在物理学研究中，不能摒弃素朴的实在论。但在根本的世界观问题上，在思维和存在的关系问题上，却力图“合二而一”。

薛定谔把他自己的哲学概括为两个构成了科学方法基础的普遍原理。一是自然的可理解性原理。在这一原理的指导下，薛定谔批判了哥本哈根学派的实证主义观点。二是所谓客观化原理。他在临死前一年脱稿的《我的世界观》一书中反对思维和存在、心和物的二元论，主张一元论。

薛定谔这种热忱地探索哲学的精神是值得我们钦佩、值得我们学习的。他深邃的哲学思想还有待我们做深入的研究。

原著导读：范岱年

中国科学院