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中外科学家发明家丛书_多人【完结】(1222)

  量子力学的最终凯歌,是由两重主旋律汇合奏出的,其中的第一重,是 海森堡等人建立的矩阵力学。矩阵形式的量子力学体系成为量子力学迅速发 展、胜利向前的重要突破口,人们为其理论的巨大进展而喜悦,但也有一些 人对于它的彻底的经验论纲领不满,有些人则对它独特的、不为人熟悉的数 学形式难以接受和理解;但所有这些对于新理论的不同态度尚未展开,人们 尚未来得及去思索它的全部涵义,体会它的韵味,又一重主旋律加入了进来, 量子力学的另一种形式——波动力学诞生了。

  四、石破天惊

  正当人们瞩目于矩阵力学的成就时,又一股更大的理论浪潮冲来。从 1926年1月27日到6月23日,在短短不到五个月的时间里,薛定谔接连发 表了6篇关于量子理论的论文,其内容囊括了量子理论、原子模型、物理光 学、哈密顿光学、力学相似、光谱学、微就理论等众多物理学领域,并熔玻 尔原子理论、矩阵力学、爱因斯坦波粒二象性思想和德布罗意相波理论等量 子理论的成果为一炉,从而一举构造起集前人研究成果之大成,而在理论上 严谨自洽、实际应用更为广泛有效的完整的量子力学形式体系。

  新的力学体系的问世,将绝大部分困扰着物理学家的理论难题一扫而 光,这使它受到普遍的赞赏和青睐。

  普朗克致信薛定谔:“我正像一个好奇的儿童听解他久久苦思的谜语那 样,聚精会神地详读您的论文,并为在我眼前展现的美而感到高兴。”

  爱因斯坦也去信大加赞赏:“我相信您以那些量子条件的公式取得了决 定性的进展”,“您的文章的思想表现出真正的独创性。”

  玻尔认为薛定谔迈出了原子理论进展中决定性的一步,并为此深表谢 忱。

  巨大的轰动和潮水般的赞叹同时,人们也非常震惊和诧异,这种势如破 竹般的进展怎么会发生在远离慕尼黑、格廷根、哥本哈根这些量子力学研究 中心的苏黎世?这种横扫千军般的气势和魄力又怎么来自一个已经步入中 年、而对量子力学既无师从和训练,也没有什么研究和名气的薛定谔呢?

  人们的这种大惑不解是有道理的:重大的理论突破,往往需要集体的协 作、讨论、切磋、磨砺,需要思想和精力的长久聚焦,以激发出创造性的火 花,因此它常常发生在大兵团麇集的主战场,形成于有名师指点的和训练有 素的研究集体之中。由于需要敏锐的洞察力和巨大的勇气,需要打破的传统 框架,因而又常常是由年轻人来实现。仅以“量子群英”为例,当发表使他 们成名的第一篇论文时,爱因斯坦26岁,玻尔28岁,海森堡24岁,泡利 25岁,以后成名的乌伦贝克和歌德斯特则分别是25岁和23岁。而薛定谔则 以年近40岁作出了在全新思想方向上的这一重大开拓,确实可贵。

  追根究源,薛定谔的成功并非偶然,尽管他从学生时代起缺乏对量子理 论的系统训练和研究,但他始终关注着有关的理论进展,尽管他远离量子理 论进军的主战场,但小舞台也能唱出大戏来,他的基本的哲学信念,广泛的 知识基础和执着的理论追求,都为他的理论创造提供了充分的条件。如同一 座火山在爆发前积聚能量一样,爆发前表面的平静掩盖了地表下涌动着的炽 热岩浆,一旦寻得了突破口,喷发向上的炽热和辉煌当然会令对之毫无预见 的人们为之惊诧而倍感震惊了。

  薛定谔涉足量子理论,可以回溯到他的维也纳时代。自从普朗克为推导 正确的黑体辐射分布曲线而提出普朗克公式E=hυ和引入作用量子h以来, 对作用量子的理论解释就一直是物理学界关注的一个难题。在关键的量子跃 迁这个概念上,薛定谔没有让自己完全为情感的好恶所左右,玻尔理论的成 功和进展使他不能不关注这一原子物理的最前沿。而到苏黎世后的教研职责 更要求他对这一领域作出自己的贡献。1921年,他为了解释碱金属原子光谱 线的非整量子数这一当时的难题,提出了外层电子轨道贯穿内层的概念,即 用电子间的相互扰动解释次级谱线,获得了成功并为玻尔所采用。1922年, 他把外尔在推广广义相对论时得出的“一个矢量的模方能像矢量一样经历平 行位移”的结论应用于轨道电子,从而发现电子绕核运动中其模方将为一相 因子所倍乘;同年,他应用爱因斯坦光量子理论,推导出原子光谱线的相对 论性多普勒效应,并立即被认可为对原子理论的重要贡献。1924年,他又撰 文支持玻尔等人,具体计算了能量守恒等。可以看出,薛定谔对量子力学理 论的最新发展已经有了相当深入的了解,并且做出了一些重要的、但尚不系 统的研究。量子理论的建立是一项巨大的历史性的事业,需要共同切磋和彼 此砥砺的研究集体,在朝这一方向进攻的艰难的阵地战中,相对孤立的薛定 谔尽管偶有突破,但却实在是困难重重,几乎绝望。他才躲进了颜色和色觉 理论换换脑筋,才又进入量子统计领域去扬己之长,发挥专业优势;但他并 没有放松对原子结构和量子物理的关注和追踪,他在养精蓄锐,积聚力量, 在寻觅着新的突破口,一个有利于运用自己有利条件直插纵深的进军方向。 德布罗意的相波理论,开创了新的量子力学进展方向,也正为薛定谔建立波 动力学提供了契机。


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