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中外科学家发明家丛书_多人【完结】(390)

  1970年1月5日,麦克斯·玻恩在戈丁根医院去世,享年88岁,他的 奠碑上刻着他发现的著名公式

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  九、玻恩对自然科学的贡献

  玻恩一生发表了280多篇科学论文,涉及相对论、量子论、晶格动力学、 液体理论、超导理论、光学理论等等领域。他还编撰了20多本科学著作,其 中有科学的经典著作,如《原子物理学》、《晶格动力学理论》等;有科学 哲学的论著《关于因果和机遇的自然哲学》;有面向广大读者的,《我这一 代的物理学》和 《物理学与政治》这两个文集主要包括认识论、科学史和政 治方面的论文和报告;有自传性的回忆。《我的一生和我的观点》和《我的 生活》他为培养青年一代物理学家作出了重要贡献,他的助手,后来成为大 物理学家的有海森堡、泡利、施特恩、洪德等。他的博士生有奥本海默、梅 耶夫人、约尔丹等,因而,玻恩对人类的贡献是多方面的,这些贡献使他成 为现代物理学的一代宗师,博得了科学界特别是30年代、40年代学习物理 学的那一代人的特殊尊敬。玻恩对科学的贡献主要是如下两大方面:

  一、晶格动力学之父

  玻恩一生涉足的领域非常广泛,但研究时间最长、论文最多、最能代表 他个性的是在晶格动力学方面的工作,仅收于玻恩自选文集中属于这一领域 的论文就有33篇。玻恩在晶格动力学领域的贡献主要有:

  1.比热理论

  固体比热的杜隆—泊蒂定律存在许多例外,这被列为19世纪末晶体学悬 而未决的谜之一。1906年,爱因斯坦对比热问题的解决提供了一个极其简单 而成功的例子:考虑到麦克斯·普朗克量子假说,固体比热可以用固体中粒 子的振动来解释,但固体中粒子振动的物理图像还不清楚。

  1912年,玻恩在戈丁根大学任讲师,他与后来成为空气动力学创始人之 一的特奥多尔·冯·卡曼住在同一幢房屋里,他们俩人天天一起讨论物理学。 在讨论中,他们谈到了爱因斯坦比热理论与实验的小小脱节。他们坚信晶格 是物理实体,力图给出晶体作为动力学体系的图像。玻恩和卡曼合作的论文, 奠定了晶格动力学的基础,引入了这一领域的几乎所有基本概念。后来,卡 曼专注于流体理论,而玻恩和他的许多助手、学生,一直继续在这一领域工 作。他们发展了基于晶格动力学的固体的热学、光学、力学理论。因此,玻 恩被科学界称为“晶格动力学之父”。

  当时从事改进爱因斯坦比热理论的还有P·德拜,他的工作比玻恩和卡 曼早几个星期,但德拜简单地把固体视作一种连续媒质,因而忽略了其原子 性的内部结构,而玻恩和卡曼的理论则是以较完善而严格的原子动力学原理 为基础。就晶格研究的理论意义来说,玻恩和卡曼的结果更为重要。这一工 作的另一重要结果,是玻恩认识到普朗克的作用量子h不可能像普朗克本人 所希望的那样可以同牛顿或麦克斯韦的理论结合在一起,原子领域需要一种 更基本的新力学,因为固体的振动不再是单个粒子或粒子群的经典振动,而 是一种新的模式振动。

  2.离子晶体

  离子晶体,特别是卤化碱,在固体物理学发展中起着十分重要的作用。 它们容易产生、单纯,适于作精确和重复的实验研究。1918年,玻恩和他的 学生A·朗德研究了离子晶体,他们所用模型的最简单情况是:晶格位置被 球对称的离子所占据,它们所具有的电荷与它们的正常化学价相对应。这些 离子与邻近的位置只是稍为重叠,彼此通过向心力作用。每个离子按玻尔理 论都是轮模型 (核被平面电子轨道围绕)。由此,玻恩假说,和排斥力相当 的相互作用能的形式是:

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  Er 在1954年出版的《晶格动力学理论》,至今仍然是这个学科的主要方面的权 威著作。”

  二、量子力学的先驱

  玻恩通过在固体比热和离子晶体方面的工作,感到需要用更基本的新理 论来代替玻尔的量子理论。1922年玻尔到戈丁根讲学后,玻恩便把注意力集 中于此。他和詹姆斯·弗兰克及罗伯特·玻尔一起举办物质结构讨论班,他 们一起寻找波兰半经典理论的弱点和矛盾。海森堡曾对比玻恩的戈丁根学派 和索末菲的慕尼黑学派,当玻恩的戈丁根学派对波兰理论的正确性表示怀疑 时,索末菲学派还相信;只要附加普朗克、玻尔和索末菲所提出的量子条件, 牛顿力学还可以解决原子领域的问题。海森堡认为,玻恩甚至比玻尔更加坚 信有一套完整的、数学上统一的量子理论;而不是在牛顿力学、量子条件和 光量子假设之间徘徊,试图去调和它们。

  玻恩和其助手泡利深入讨论了把微扰理论用于原子理论,并同海森堡合 作对氦原子进行了研究。玻恩还和约尔丹一起研究多周期体系,他们发现: 量子的“跃迁量”总对应于经典理论中振幅的平方,由此能恰当地构成“跃 迁振幅”的概念,这符合玻尔的对应原理。玻恩对此非常重视。

  海森堡于1925年发展了玻恩的设想。他在一篇论文中沿着H·克拉曼包 散工作的方向,把注意力从定态能量转向跃迁几率。他抛弃了旧量子论中电 子的位置、速度、轨道等经典概念,主张代之以原子光谱的频率、波长、强 度等可观测量。他认为只有可观测量在物理理论中才是有意义的。他推广了 玻尔的对应原理,并把它从数学上精确化。海森堡让玻恩决定他是否应当发 表该文,他说他已无法再推进一步。玻恩立即看出了海森堡思想的重要性。 海森堡的论文发表后,玻恩发现:海森堡的不同寻常的演算实际上不过是矩 阵演算,海森堡对量子条件所作的新表述,表示了矩阵方程的对角线元素


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