《文化人薛定谔》带你领略二十世纪最伟大物理学家之一的薛定谔的风采,全文分为上、下两篇推送。上篇主要简述薛定谔的生平;他通过量子化条件挽救外尔新世界几何理论;还有最著名的量子力学波动方程是如何倒腾出来。下篇则谈及“薛定谔的猫”原本要义;薛定谔作为物理学家对生命问题的思考;以及作为文化学者,他的世界观与哲学观。了解薛定谔,全文不容错过。
薛定谔,20世纪最伟大的物理学家之一,他1926年的波动方程是量子力学的奠基性方程,改变了物理学的进程。他1922年为外尔理论引入虚因子是规范场论诞生的关键一步,后来的波动方程与此一脉相承。薛定谔还是杰出的哲学家、科学理论作家、文化学者,他基于物理学思考的《What is life》开启了分子生物学并且带来了准周期结构的概念,他的众多科学理论的讲座与散文为后世物理学家的成长提供了丰厚的文化营养。
薛定谔的大名在坊间还和猫绑定在一起了,在通俗文本和专业论文中都有关于薛定谔的猫的论述,绘声绘色且不乏添油加醋,此乃科学恶俗化的范本。薛定谔与猫的联系,源起他1935年的题为“量子力学的现状”一文。在第五节中,薛定谔引入了一个猫为角色之一的模型作为例子来阐述他关于量子力学的观点。这是一篇长文,对量子力学的内在逻辑有清醒的批判,愚以为是量子力学史上的一篇标志性文章。
1935年,在有了薛定谔方程、泡利方程、狄拉克方程、冯诺依曼测量理论后,量子力学大体上已是初步发育成熟了。在量子力学取得了令人惊讶不已的系列成就后,薛定谔,其实差不多同时期还有爱因斯坦,要对量子力学进行深刻的检讨,是自然而然的事情。量子力学之第一步是用动量与位置的量子化条件实现能量量子化的解释。
狄拉克量子化条件同经典力学的泊松括号有关,数学上同傅里叶分析有关,可理解为以特殊的共轭方式将两个物理量给捆绑起来了。
薛定谔用原子核α衰变这个原子层面的事件加上α粒子被探测这样的可触摸、可见的事件所构造的模型来阐述他的思想,这就是引出薛定谔的猫的那段经典论述。薛定谔在1943年关于准周期性晶体的论述属于纯粹的假想,然而到了1984年,薛定谔此一思想的伟大得到了验证。1984年,被晶体平移对称性排除的五次转动对称性在Al-Mn合金的电子衍射花样中被首次发现,具有准周期结构的有序固体有了具体的实现,并被命名为准晶。
薛定谔是20世纪伟大的思想者,从科学家和文化学者两个角度来看都是。他的学术论文以外的论著,与《什么是生命》一样具有广泛影响的,还有《自然与希腊人》、《科学与人文》、《思维与物质》、《我的世界观》这几本小册子,因其思想之丰富、表述之优雅而备受赞誉。薛定谔的诗,坦白地说,德语文化界对其评价并不高。薛定谔从小热爱诗歌,1949年还出版过一本诗集。
了解薛定谔的学术成就及其生平与研究过程对于一个学人的自我成长、一个国家如何培养学者具有可供羡慕的意义。如果不是可供借鉴的意义,薛定谔的成长哪里需要多少条件呢?不过是生来是那块料子,还碰巧生在有教养的人家,长在有文化底蕴的地方,年轻时上个能算是大学的大学,成年后身边有几个可相互砥砺的杰出同侪罢了。