薛丁格(物理學家)

薛丁格(物理學家)

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埃爾溫·薛丁格(Erwin Schrödinger, 1887年8月12日——1961年1月4日),男,著名的奧地利理論物理學家,量子力學的重要奠基人之一,同時在固體比熱、統計熱力學、原子光譜等方面享有成就。1933年因薛丁格方程獲諾貝爾物理學獎。薛丁格方程是量子力學中描述微觀粒子(如電子等)在運動速率遠小於光速時的運動狀態的基本定律,在量子力學中占有極其重要的地位,它與經典力學中的牛頓運動定律的價值相似。另外, 薛丁格對分子生物學的發展也做過工作。由於他的影響,不少物理學家參與了生物學的研究工作,使物理學和生物學相結合,形成了現代分子生物學的最顯著的特點之一。

基本介紹

  • 中文名:埃爾溫·薛丁格
  • 外文名:Erwin Schrodinger
  • 國籍:奧地利
  • 出生地:維也納
  • 出生日期:1887年8月12日
  • 逝世日期:1961年1月4日
  • 職業:物理學家
  • 畢業院校維也納大學
  • 主要成就:機率量子力學—波動力學的創始人
  • 性別:男
校園驕子,鋒芒初露,理論物理的困境,石破天驚,死貓還是活貓,生命是什麼,奧地利的驕傲,著名言論,

校園驕子

埃爾文·薛丁格於1887年8月12日出生於奧地利首都維也納。與阿爾伯特·愛因斯坦和發現X射線的倫琴一樣,薛丁格也出生於一個手工業主的家庭。他的父親魯道夫 薛丁格繼承了家族的油氈工廠,足以保證全家無經濟窘迫,使薛丁格從小生活在比較優裕的家庭環境中。薛丁格的早期教育中,具有決定性的影響來自他的父親。他的父親是一位有教養的紳士,在生物上造詣頗深。他常常陪他玩耍嬉戲,注意保持和滿足孩子的好奇心,培養他對大自然中萬事萬物的廣泛興趣。薛丁格回憶他的父親時說:“對於他的成長中的兒子來說,他是一個朋友,是一位老師,也是一名不知疲倦的談話討論的夥伴,他是一個陳列著所有吸引著我,令我著迷的事物的殿堂。”1898年他11歲時,進入了維也納高等專科學校所屬預科學校。薛丁格的天賦和學習能力很快在學校中表現出來。他曾這樣總結自己的中學生活:“我是一個好學生,我並不注重主課,卻喜歡數學和物理,但也同樣喜歡古老語法的嚴謹的邏輯。我討厭的只是死記硬背那些偶然的歷史事件和人物傳記中的年代等各種數據。”他說:“我喜歡德意志帝國的詩人和作家,尤其是劇作家,但是厭惡對他們的作品做學究式的繁瑣分解和考證。”他的一位中學同學後來回憶他們的中學時代,說薛丁格當時在學校里總是名列前茅,特別在數學和物理學中,薛丁格發展起一種理解才能,能夠迅速,甚至是立即抓住老師講解的關鍵,並馬上做出布置的習題,不用等到回家去進一步求解,在最後三年級中,教我們這兩門課的教授常常會在講完當天的課程後把薛丁格叫到黑板前,給他出一些練習,而薛丁格解答這些問題就跟玩遊戲似的輕鬆。確實,他總是把下午富裕的時間用來學習他喜歡的課程,而不必去刻苦地摳課程里所學的那些內容。他特別花了大量時間去學習英語,而英語和法語在當時奧地利的預科學校里是不教的。此外,他還熱衷於體育活動,花大量的時間參加許多運動,尤其熱衷於徒步旅行和登山運動。他興趣廣泛,特別愛好文學,這使他對學校里連續開設的希臘語,拉丁語課也非常喜歡,由此得以接觸燦爛的古希臘文學,文化特別是哲學。對於古希臘哲學的強烈興趣,最早至少有一本畢業班時期的題為“希臘研究備忘錄”的筆記本中能反映出來,在上面,薛丁格簡要記敘了希臘哲學從米利都的泰利斯到柏拉圖的發展。這種興趣在他一生中不時地迴蕩在心懷,他的哲人科學家的氣質使他為古希臘哲學與歐洲科學的起源之間的內在關係所吸引。當1948年5月他在倫敦國王學院作系列演講時,致力於證明希臘哲學傳統在現代科學,包括在相對論中和原子理論中的延續,在開場白中,他解釋自己回到古希臘思想的動機時說:“對古希臘思想家的敘述和對他們觀點的評論,並非出於自己近年來的嗜好,從理論物理學專業的角度看也不是一種茶餘飯後的閒暇中的消磨時光,而是希冀這有助於理解現代科學,特別是量子物理學。”這些演講經過修改補充後發表時的書名叫《大自然與希臘人》。薛丁格課餘時間興趣廣泛,多才多藝。除了參加體育活動,他還醉心於戲劇演出,看戲入迷,是城市劇院的常客和忠實觀眾。他在這一段時期成為弗里茨格里爾帕策的忠實戲迷,他積累了許多節目單並寫了許多評論。他對文學的另一個愛好是詩歌,不僅限於閱讀,還自己動手創作,1949年還出版過一本個人詩集。緊張的學習工作之餘,他還會把古希臘詩人荷馬的著名史詩譯成英文,或把法國古普羅旺斯的詩歌譯成德文作為休息和消遣。這當然得益於他的語言天賦與他母親的影響,他能說許多種語言,在演講中能根據不同國籍的聽眾用德,英,法,西四種不同語言來表達。這也使他遊歷別國時從未感覺自己是外國人。但是,同他對戲劇,詩歌和語言等的愛好與才能相比,薛丁格對維也納人文生活中的優秀傳統——音樂卻興趣不大。他也出席音樂會,但並不著迷。他的母親非常喜歡音樂,想讓他學些樂器,一位音樂教師曾讓他在自己演奏鋼琴時跟著唱出曲調,薛丁格卻說:“我又不是鋼琴,我不唱。”不過,他卻繼承了父親對藝術的愛好——具有對古老的和現代的繪畫的鑑賞力,並在閒暇時從事雕塑創作,作為藝術享受。
薛丁格
1906年,薛丁格以首屈一指的成績通過畢業考試,進入維也納大學,主修他喜愛的物理數學玻爾茲曼這位當時奧地利最傑出的理論物理學家所奠定的科學傳統和哲學傾向,無疑直接地,或通過他的學生,極大地影響了薛丁格一生的工作和思想,薛丁格曾深情地說:“玻爾茲曼的思想路線可以稱為我在科學上的第一次熱戀,沒有別的東西曾如此使我狂喜,也不會再有什麼能使我這樣。”薛丁格把主要精力用於選修哈澤內爾的幾乎所有理論物理學課程,他對哈澤內爾滿懷敬意,正是從哈澤內爾的講授中,他掌握了以後工作和研究的大部分基礎,因為薛丁格自己說課堂上的學習對他來說更為重要,他不太善於從書本文獻中去掌握領會。後來,薛丁格在1929年曾說,他作為一名科學家個性的形成,要歸功於哈澤內爾;1933年獲得諾貝爾獎,發表獲獎演說時,他說:“假如哈澤內爾沒有去世的話,那么他現在當然會站在我的位置上。”而在大學時期他同樣上了能夠上的數學課,尤其是科恩的投影幾何課給他留下了深刻印象。同時他還聽了耶路撒冷關於斯賓諾沙的演講。在一年級他還學習了化學知識,他認為從斯克勞普的課中他更好的掌握了無機化學。在1910~1911年間薛丁格由於兵役的原因沒有聽完哈澤內爾的理論物理科爾成為實驗物理學家埃克斯納的助手並結識了科爾勞施,這也使得他認識到了實驗的重要性,但他也發現自己不具備實驗天賦而奧地利也不具備培養實驗科學家的氛圍。天賦加勤奮,使薛丁格很快在大學校園裡嶄露頭角,到1910年夏天即他快畢業時,薛丁格的理論才華已經顯示得相當充分。他的博士論文,是於1910年在埃克斯納主持的第二物理研究所完成的。這是一項實驗性的研究,也是他獨立從事的第一次科學研究,主題是:潮濕空氣中絕緣體的導電性。
在當時,薛丁格的這一題目是第二研究所正從事的大氣電學研究中的一個難題,因為大氣電流的測量必須保持必要的絕緣,即使最好的絕緣體如琥珀,石蠟,硬橡膠等也常常不能滿足要求,因為通常在其表面由水,霧,雪,昆蟲分泌物而形成導電膜。薛丁格說:“我從眾所周知的靜電實驗在潮濕空氣中很難成功這一事實出發,去研究濕氣對實驗室中常用的絕緣材料的影響。”他把硬橡膠,玻璃,摩擦過的琥珀,硫磺或石蠟等製成的棒一端用錫箔包好,與蓄電池連線,另一端接上驗電器。在乾燥的空氣中,驗電器沒有顯示,而在濕氣影響下則被充電,棒表面成為導體。薛丁格特別測量了驗電器的充電速率,推導出材料的電阻是濕度的函式的結論。他發現對於大氣電流測量,玻璃是最差的絕緣體而石蠟是最好的。他把這一研究成果寫成論文,提交維也納大學的學位評審委員會。同時,他於同年5月按時通過了獲取博士學位必需的物理,數學和哲學考試,終於以優異的成績完成了學業,戴上了博士帽。

鋒芒初露

薛丁格於1910年從維也納大學畢業,同年秋季按規定服兵役一年,次年秋天回到維也納大學,開始了他的研究生涯。此後的十年時間,他潛心研究,努力鑽研,儘管中間曾被第一次世界大戰所打斷,但他堅持不懈,先後就一系列眾所矚目的課題發表了許多論文,範圍幾乎包括物理學界當時關注的所有熱門課題,也涉及一些不被人們所看重的冷僻領域。所有這些,都給他帶來了很大聲望,初步確立了他作為國際知名的理論物理學家的地位。
從1910年到1914年不到四年的時間裡,薛丁格作為埃克斯納的助手,先後發表10篇論文和一篇為物理學手冊撰寫的關於電介質的評論,1914年1月,他獲得了大學教師資格認可,這也是他在科學生涯中的第一次晉升。他的第一篇論文是關於磁的運動學理論,用理論方法分析金屬的抗磁性質,儘管問題的最終解決有待於量子統計的發展,但這篇文章在數學方法和理論的明晰上都是成功的。緊接著,他又試圖把這種運動學理論推廣到電介質以至一般固體,並分析評論了荷蘭著名物理學家德拜幾個月以前發表的《絕緣體的運動學理論的若干結果》。關於物質的介電性質,他還發表過另外兩篇文章,一篇是為慕尼黑大學主編的5卷本《物理學手冊》撰寫的長達75頁的《電介質》,另一篇是關於反常電散射理論的一個簡短筆記。針對當時新近發現並討論熱烈的貫穿輻射現象,他向帝國科學院提交了《貫穿大氣輻射的高度分布理論》。分析了輻射源的三種可能:地表放射性物質;大氣中懸浮的放射性物質;星際輻射源假說。他重點分析了第二種可能,並推導出了高度分布方程以與實驗探測數據對照。他的這一理論分析對於宇宙射線的發現具有重要的參照作用。晶體點陣動力學和固體的原子結構,是當時國際物理學界研究的熱點,也是薛丁格研究工作的又一領域。薛丁格先後發表了題為“論X射線產生的干涉圖像的明晰性”,“論德拜效應理論”和“論彈性耦合點系統的動力學”三篇論文,分別討論了勞厄的X射線干涉圖象和晶體點陣動力學。在第一篇文章里,通過一系列的分析和計算,得出溫度與輻射強度等的簡單函式關係式;在第二篇文章中,他為回答別人的質疑,作了進一步的澄清,而第三篇論文,他則基於固體原子結構的發現和原子論立場,以一維點陣模型為例嘗試建立固體運動學理論,並證明其原子結構,獲得了相當的成功。
這一時期的薛丁格少年得志春風得意,在物理學集體中如魚得水,揮灑自如,在剛剛起步不到三年中發表了十餘篇論文並緊盯最新發展,使他在學術界嶄露頭角,小有名氣。而在生活上,經朋友介紹認識了後來成為薛丁格夫人的安妮·瑪利婭小姐,開始了甜蜜的戀愛。薛丁格是通過朋友科爾勞施認識貝特爾的,那時他與科爾勞施在澤海姆消夏別墅進行大氣中放射性粒子懸浮的研究。六年之後,他把一篇發表了的論文寄給他的媒人,並在獻辭中風趣地寫道:“1919年10月1日附錄:如我所知,1913年夏季澤海姆的大氣中,除了Ra—A,B,C外,肯定還有一些其他東西,而我的測電器卻沒能指示其蹤跡。這是由於它發現了薩爾茨堡的貝特爾小姐,她吸引了作者的全部注意力。”而後來薛丁格夫人回憶他們的初次相識時說:“他給我很深的印象,首先因為他非常英俊,他有一張很吸引人的臉,……而在這之前我對他印象就不錯,因為科爾勞施已向我介紹過他。”
薛丁格在一戰一開始,就應徵入伍,成為奧匈帝國的一名炮兵軍官。他後來把這段歷史用寥寥數語作了概括:“接著戰爭開始了,那時我作為一名炮兵軍官駐紮在東南前線,沒有受傷,沒有生病,也沒有獲得什麼榮譽。”在殘酷的戰爭面前,他感到了甜美生活的難得,在戰爭所帶來的時間荒廢中,他也更領會到了生命和時光的可貴。幾經轉戰,戰爭後半期薛丁格的軍旅生活是在後方度過的,這也是為了保護科學人才而採取的措施。這樣,薛丁格又可以發揮他的專長了,在距維也納30公里的小鎮,他給一批批即將赴任的防空部隊軍官講授氣象學的基本概念和事實,例如大氣的構成,太陽輻射,大氣的分布和每天,每年的變化;氣壓,高,低壓區,大氣環流特別是大洋,大陸和山區的風,氣候分界線,風暴,雲層結構,天氣圖的解釋等。這些課程儘管不過是重複他在大學學過的課程,但畢竟使他有時間坐下來閱讀資料,重續科學研究的舊夢,並煥發出創造性的活力。他很快又向《物理學期刊》寄出了一篇題為“論大氣聲學”的論文,討論了大氣中聲波的傳播方程。與此同時,他還關注著廣義相對論,量子統計和漲落理論,原子物理學等領域的最新進展,為戰後迅速恢復研究工作做好了充分的準備。儘管這裡遠離前線,條件優裕,工作順心,但薛丁格無法壓抑對戰局的憂慮,企盼戰爭早日結束。
戰後,薛丁格重返第二物理研究所,全力以赴從事理論物理學研究。由於戰爭後期的大量信息和思考的儲備,他一連發表了好幾篇論文。其中關於廣義相對論的兩篇題為“引力場的能量分量”和“廣義協變引力場方程的解系統”都引起了阿爾伯特·愛因斯坦的極大關注,並分別撰文討論和回答。薛丁格是在一戰期間開始學習廣義相對論的,一開始他覺得掌握起來較為困難,但不久他就理解了這一理論,並且他發現阿爾伯特·愛因斯坦的原始表述是過於複雜的。而薛丁格同時還寫了三本未發表的關於能量分析和套用的筆記。量子統計和漲落理論,是薛丁格的又一工作重點。他繼承了玻爾茲曼的方法論原則,發表了三篇論文。他的工作還包括一個驗證光量子理論的實驗,這也是他所做的最後一個認真的物理實驗。他對於阿爾伯特·愛因斯坦的光的本性理論發生了興趣,因此他設計出一個實驗,通過同一光源發出兩束大角度的光,觀察是否有相干性和干涉現象來驗證光量子理論。1920年4月6日,薛丁格與貝特爾小姐結婚。此後,他離開了他的母校和故鄉,先是移居德意志帝國耶拿,此後又在斯圖加特工學院任副教授一個學期。這期間他收到來自基爾大學,布累斯勞大學和母校維也納大學的三份正教授聘書,無疑,回返母校,繼承哈澤內爾的事業對他有極大的吸引力;但當時奧地利學術界的經濟條件和工作狀況實在糟糕,使他忍痛放棄了這項選擇。薛丁格夫婦去了布累斯勞,在那數周后,薛丁格又收到並接受了蘇黎世大學理論物理學教授的職務聘書。他一生中最輝煌的一章開始了。

理論物理的困境

1921年10月,薛丁格夫婦終於結束了他們婚後一年半來不斷的遷居轉移,擺脫了生活於戰敗國中經濟上和心理上的壓力和陰影,在蘇黎世安定下來。當然,在瑞士靠教授的薪水養家度日也算不上富裕階層,一個普通教授那時也只能算屬於可憐的低級階層。但無論如何,這裡物價穩定,人民安居樂業,他也至少無饑寒之慮,從而能安心於教學和研究。
薛丁格的就職演講以“自然規律是什麼”為題,以這樣的話作為演講的結束:“我願意相信,一旦我們拋棄了根深蒂固的絕對因果性偏見,我們就能成功地克服這些困難,而不再期望用原子理論去證實因果性教條。”薛丁格關於原子過程幾率性的論斷是很有預見性的,機遇作為統計規則性基礎,也得以與因果性,與規律協調起來。這位新來的教授以其思想的深刻性和獨立性,給聽眾留下了深刻的印象。他所開設的一系列理論物理學課程吸引了許多學生,他所主持的討論班上也總是圍繞物理學中的基本問題和進度展開熱烈的討論。
薛丁格還鼓勵進行校際交流,經常和聯邦工業大學共同舉行活動,他自己也同聯邦工業大學的數學教授外爾和物理學家德拜成了莫逆之交。德拜與薛丁格神交已久,兩人都對固體比熱,X射線干涉圖形,原子結構等問題感興趣,並已各自在刊物上討論過對方的觀點,現在能當面切磋,互相琢磨,真是相見恨晚,倍感快慰。外爾是20世紀上半葉最著名的數學家之一,他嘗試把引力場和電磁場概括成一個統一的物質理論;20年代中期他研究連續群的表示,把群論套用於量子力學中解決了一系列物理,化學問題。能與這么一位熱心於物理學問題的卓越數學家共事,不時請教討論一些數學上的問題,對薛丁格的幫助是很大的。薛丁格與德拜,外爾的交往,既滿足了他感情上的需求,也成為他學術成就的刺激和動力。而事實上,在求解薛丁格方程的徑向解時,薛丁格也的確求教於外爾。
蘇黎世時期,是薛丁格的又一個創造性高峰。僅從1922年到1926年早期,他就在教學之餘發表了20篇論文,範圍非常廣泛,其中有4篇關於原子結構的,5篇關於顏色理論和生理光學的,1篇關於相對論的,4篇關於量子比熱理論的,6篇關於氣體統計理論的。這些論文粗略而言,可以分為三類,即原子結構理論,量子統計理論,顏色和視覺理論,第一類是當時理論物理學界關注的中心,第二類則是用量子方法處理和修改氣體運動論和固體比熱理論,既是薛丁格的多年愛好,也是當時的熱門,而第三類文章則比較令人奇怪了。不過這也反映了他的工作中的那種把不同理論,不同學科結合起來研究的統一科學的傾向。但那畢竟理論性不強,也不為眾所矚目。他把它戲稱為“為逃避原子結構理論的絕望困境而通入光學領域的一次小小的旅行”,一種鬆弛心情,換換腦筋的休息。他真正熱衷的,仍然是量子統計和原子結構這兩大領域,也正是這兩方面工作的結合,開闢了他通往波動力學之路。關於原子結構,他雖然寫出了幾篇有份量的文章,卻缺乏系統全面的研究,這是因為他不喜歡當時量子力學的進展路線,同時,這種進展本身正面臨著巨大的理論困境。

石破天驚

正當人們矚目於矩陣力學的成就時,又一股更大的理論浪潮衝來。從1926年1月27日到6月23日,在短短不到五個月的時間裡,薛丁格接連發表了6篇關於量子理論的論文,其內容囊括了量子理論,原子模型,物理光學,哈密頓光學,力學相似,光譜學,微擾理論等眾多物理學領域,並熔阿爾伯特·愛因斯坦波粒二象性思想和德布羅意相波理論等量子理論為一爐,一舉構造起集前人研究成果之大成,而在理論上嚴謹自洽,實際套用更為廣泛有效的完整的量子力學形式體系。普朗克致信薛丁格:“我正像一個好奇的兒童聽解他久久苦思的謎語那樣,聚精會神地詳讀您的論文,並為在我眼前展現的美而感到高興。”阿爾伯特·愛因斯坦也去信大加讚賞:“我相信您以那些量子條件的公式取得了決定性的進展……您的文章的思想表現出真正的天才。”玻爾認為薛丁格邁出了原子理論進展中決定性的一步,並為此深表謝忱。玻恩讚揚薛丁格的工作說:“在理論物理學中,還有什麼比他在波動力學方面的幾篇論文更出色的呢?”
1924年前後,薛丁格和普朗克、阿爾伯特·愛因斯坦等人就量子統計問題展開了深入的研究。薛丁格已寫過一篇有關氣體簡併和平均自由程的文章,詳細評述了理想氣體熵的計算問題。薛丁格在1925年2月5日給阿爾伯特·愛因斯坦的信中談到不理解阿爾伯特·愛因斯坦-玻色統計方法,認為量子理論中玻耳茲曼的方法也應是完全有效的。根據這個方法阿爾伯特·愛因斯坦的計算有誤。同年2月28日阿爾伯特·愛因斯坦給薛丁格回了信,詳細說明了自己的計算過程並沒有錯,只是所用的方法和玻耳茲曼的方法不同,但薛丁格仍難於接受。1925年7月,普朗克代薛丁格向普魯士科學院遞交了一篇論文《理想氣體統計熵定義的評述》。在評述中他認真考慮了阿爾伯特·愛因斯坦的理論,認為如果氣體分子與光量子在統計學上的行為一致,就勢必導致玻色-阿爾伯特·愛因斯坦統計法。但他並沒有接受這種觀點。阿爾伯特·愛因斯坦在久未收到薛丁格覆信的情況下,於1925年9月28日主動地給薛丁格寫了一封信,肯定了薛丁格對於他的理想氣體熵的批評。1925年10月,薛丁格得到了一份德布羅意的博士論文,在阿爾伯特·愛因斯坦的影響下他深入地研究了德布羅意的位相波思想。1925年12月15日,薛丁格發表了《論阿爾伯特·愛因斯坦的氣體理論》一文。文章一開頭薛丁格就指出如果不考慮德布羅意-阿爾伯特·愛因斯坦的運動粒子波動理論,解決問題的其它途徑是沒有的。在這篇論文中,薛丁格第一次運用德布羅意的相波思想,把理想氣體作為相波諧波系統來處理。他提出不僅把玻色方法套用於光量子可得普朗克公式,而且把玻耳茲曼方法套用於德布羅意相波,同樣可得普朗克公式,同時他提出了零點能的量子波動解釋。
薛丁格在他的第一篇論文中,提到了德布羅意的博士論文對他的啟示。他寫道:“我要特別感謝路易斯·德布羅意先生的精湛論文,是它激起了我的這些思考和對‘相波’在空間中的分布加以思索。”德拜對他也有積極影響,在蘇黎世定期召開的討論會上,薛丁格被德拜指定作有關德布羅意工作的報告。在報告之後,主持人德拜表示不滿,向他指出,研究波動就應該先建立波動方程。薛丁格當時難以立即回答,事後他想,原子應當被當作某種振盪體系來處理,它應該具有能級,用數學物理學中解決其他問題所流行的方法,這些能級就會作為這個振盪體系的本徵值而顯示出來。薛丁格在他的啟示下,下功夫研究這個問題,幾星期後,薛丁格再次報告,宣布找到了這個方程。他一開始建立了一個相對論性理論,得出了後來稱之為克萊因—戈登方程的波動方程,但由於當時還不知道電子有自旋,所以在關於氫原子光譜的結構的理論上與實驗數據不符,薛丁格極為失望,以為自己的方法錯了,因而放棄了它。後來克萊因、戈登也得出了這一方程,並在薛丁格之前發表了它。薛丁格對此極為惋惜。幾個月後,他在瑞士阿羅薩山與情人度假時改用非相對論性波動方程來處理電子,為了防止受干擾,他甚至用珍珠將耳朵塞上。不久後他得出了與實驗數據極為相符的結果。薛丁格在論文一開始就寫道:“通常的量子化法則可以用另一個假設來代替了,在這個假設中,不引入任何一個關於‘整數’的概念,而整數性倒會像振動的弦的波節數是整數一樣很自然地得出來。這種新的理解是可以普遍化的,而且像我認為的那樣,是很深地淵源於量子法則的真正本質之中的。”薛丁格還把經典力學的限度和幾何光學的限度作了類比,從而大膽地提出了波動力學存在的猜測。他寫道:“事實上我們現在知道,經典力學在軌道線度很小和曲率很大的情況下是不適用的,也許力學的這種失效和幾何光學,即‘波長為無窮小的光學’的失效是十分相似的。幾何光學的失效在障礙物或孔徑不再比真實的有限大小的波長大時,顯得特別明顯,也許我們的經典力學和幾何光學完全類似,象幾何光學一樣出錯,不符合真實情況;一旦軌道的曲率半徑和線度比某個波長小時,經典力學就不正確了。在q空間中,這種波長是具有實際意義的,於是提出了尋找波動力學的問題。”接著他在討論波包的限制條件時,提出了微觀力學過程是波動過程的重要論斷,他寫道:“在q空間中,真正的力學過程是通過一種適當的波動過程,而不是由形象點的運動來實現或表示出來的。作為經典力學的對象,形象點運動的研究只是一種近似處理,正如幾何光學或‘射線’光學比之於真實光學過程一樣。和軌道的幾何結構相比,上面所描述的那類波信號能足夠近似地被認為是局限於一點的,這種波信號就可描述巨觀力學過程。我們已經看到,這樣一種信號或波包的運動規律,和經典力學形象點的運動規律是嚴格相同的。然而當軌道的形狀和波長比較不再是很大或實際上差不多時,這種處理方式失去了全部意義,那時我們就必須嚴格地按波動理論來處理,即為了形成各種各樣可能過程的一個圖象,我們必須按波動方程,而不是按力學的基本方程來處理,後者對解釋力學過程的微觀結構是無效的,正如幾何光學在解釋衍射現象時的情況一樣。”最後,薛丁格指出在微觀領域中粒子路徑沒有意義。他寫道:“讓我們考慮一個具有上面所述的那種性質的波包,這個波包以某種方法進入一個小的其尺度是波長數量級的閉合的路徑(Path)中去,因此小到可和波包本身的尺度作比較,那么很清楚,在經典力學意義上的體系的路徑,即等相位點的路徑,將完全失去其路徑的特性,因為在這個等相點的前後及其附近區域,有一片連續的點,其相位幾乎是完全相等的,然而它們表現完全不同的路徑,換句話說,波包不僅立即充滿整個路徑區域,而且也要向四面八方伸展出去。”在這個意義上,他進一步說明電子軌道沒有意義。他寫道:“根據德布羅意的理論,這種相波是和電子軌道伴隨在一起的。因此電子路徑本身不具有空間的意義(至少在原子內部是如此),電子在路徑上的位置更是沒有意義的。在我闡明的這個意義上,如今更加明顯確信:首先,原子中電子運動的相位的真實意義必須放棄;其次,我們不能由量子條件斷言在某一定的時刻,可在某個確定的量子軌道上發現電子;第三,正確的量子力學定律,不是由單一路徑的明確的定則所組成的,而是通過一些方程式,把一個體系的各種各樣的路徑都結合起來,因此在不同的路徑之間,明顯地存在某種相互制約的作用。”由此他得出結論:“所有這些斷言一致要求我們放棄‘電子的位置’和‘電子的路徑’的概念。”而關於波包與波函式問題上薛丁格在此時期認為物質波是三維空間中真實的、可觀測的波,他希望建立在一個徹底的波動概念之上的物理學,但這一思想卻並沒有被認同。
1921年,他為了解釋鹼金屬原子光譜線的非整量子數這一當時的難題,提出了外層電子軌道貫穿內層的概念,即用電子間的相互擾動解釋次級譜線,獲得了成功並為玻爾所採用。1922年,他把外爾在推廣廣義相對論時得出的“一個矢量的模方能像矢量一樣經歷平行位移”的結論套用於軌道電子,從而發現電子繞核運動中其模方將為一相因子所倍乘,在創立正式的量子力學前他就發現,通過加入一個虛數單位,Weyl的規範或伸展因子就變成相位因子。同年,他套用阿爾伯特·愛因斯坦光量子理論,推導出原子光譜線的相對論性都卜勒效應,並立即被認可為對原子理論的重要貢獻。1924年,他又撰文支持玻爾等人,具體計算了能量守恆等。可以看出,薛丁格對量子力學理論的最新發展已經有了相當深入的了解,並且做出了一些重要的,但尚不系統的研究。量子理論的建立是一項巨大的歷史性的事業,需要共同切磋的研究集體,在朝這一方向進攻的艱難的陣地戰中,相對孤立的薛丁格雖偶有突破,卻實在是困難重重。他因此才躲進了顏色和色覺理論換換腦筋,才又進入量子統計領域去揚己之長,發揮專業優勢;但他並沒有放鬆對原子結構和量子物理的關注和追蹤,他在養精蓄銳,積聚力量,在尋覓著新的突破口,一個有利於運用自己有利條件直插縱深的進軍方向。
德布羅意的相波理論,開創了新的量子力學進展方向,也正為薛丁格建立波動力學提供了契機。可以說他的思想與德布羅意是一脈相承的。薛丁格於1925年11月3日致信阿爾伯特·愛因斯坦:“幾天前我以極大的興趣閱讀了德布羅意的天才論文,最終掌握了它;藉助於它,您的第二篇論文簡介的工作對我也首次成為完全清楚的了。按我個人的意見,德布羅意在數學技巧上的處理和我過去的工作也差不多,只是稍為正規些,卻並不那么優美,更沒有從普遍性上加以說明。德布羅意能從一個巨大理論的框架上全面地思考問題,這一點確實比我高明,那是我過去所不知道的。”在第二篇論文中,薛丁格從經典力學與幾何光學的類比及物理光學到幾何光學過渡的角度,闡述了他建立波動力學的思想,並建立了一般的含時間的波動方程。接著,薛丁格解出了諧振子的能級和定態波函式,結果與海森伯的矩陣力學所得相同。他還處理了普朗克諧振子和雙原子分子等問題。薛丁格的第三篇論文闡述了定態微擾理論,他用波函式詳細計算了氫原子的斯塔克效應,結果與實驗符合得很好。薛丁格的第四篇論文推出了含時間的微擾理論,並用之於計算色散等問題。
在1926年以前,矩陣力學與波動力學是平行地發展起來的,只是在證明兩者的聯繫以後,才統一為量子力學,一種力學的思想發展對另一種是有影響的。在未統一以前,兩門力學的創建者對彼此的工作缺乏理解,互有責難。海森堡曾說:“我越是思考薛丁格理論的物理內容,我就對它越討厭。”薛丁格也對矩陣力學提出了批評,認為“這種超越代數的方法簡直無法想像,它如果不使我拒絕的話,至少也使我氣餒”。但是,薛丁格並沒有拒絕海森堡的論文,而是鑽研它。在他的《量子化是本徵值問題》(第二部分)中他寫道:“這裡我願意提及海森堡、玻恩、約當和其他一些著名的學者目前正在深入進行的一項排除量子困難的研究工作。這些研究已經取得如此值得注目的成就。因此它不容置疑地至少含有一部分真理。從這一理論的發展趨向看,海森堡的意圖十分接近於現在我們已經論述的這一工作,他們的方法是完全不同的,我還沒有找到二種方法之間的聯繫,我抱有明確的希望,這二個進展將不會互相衝突。相反,正由於它們的出發點和方法截然相異,它們可互相補充,取長補短。海森堡方案的力量在於它能給出譜線強度,這個問題我們還沒有接觸到。”在1926年4月發表了《關於海森堡-玻恩-約當的量子力學與我的波動力學之間的關係》,在這篇文章中,薛丁格證實了矩陣力學和波動力學的等價性,他把波動函式展開為正交系,根據對應關係進行替換,成功地證明了兩者在數學上是等價的:矩陣由薛丁格的本徵函式構成,反之亦然。泡利狄拉克也於同時證明了這一結論。
波動力學的創始人一時間成為享譽國際學術界的風雲人物和科學明星,他終於收穫到了辛勤耕耘十數載後的成功喜悅。在柏林,兩位量子論巨人張開臂膀歡迎薛丁格,普朗克稱自己以“充滿興趣和振奮的心情沉浸在對這篇具有劃時代意義的著作的研究中”,他認為,薛丁格方程奠定了近代量子力學的基礎,就像牛頓,拉格朗日和哈密頓創立的方程在經典力學中所起的作用一樣。阿爾伯特·愛因斯坦也對薛丁格的成就留下了深刻的印象,說:“我相信您以關於量子條件公式表述取得的決定性的進展,正像我同樣相信海森堡—玻恩的路子出了毛病一樣。”在慕尼黑,薛丁格也受到了凱旋般的歡迎,他的學術報告中數學上的巨大成功折服了所有聽眾,他的波動圖景也為老一代物理學家所歡迎。在哥本哈根,薛丁格以“波動力學的基礎”為題向丹麥物理學會發表了演講,波動力學在數學上的簡單清楚,處理量子問題方法上的便捷有效,再一次受到普遍歡迎。在威斯康星,在加利福尼亞,在紐約……薛丁格的美國之行也受到了美國理論物理界的熱誠歡迎。

死貓還是活貓

波動力學的建立,使薛丁格成為世界聞名的物理學家,而他在柏林所作的學術報告,也給普朗克,阿爾伯特·愛因斯坦等留下了很好的印象。他對各種知識運用自如的理論功底,處理技術問題得心應手的數學素養,特別是追求在時空中清晰直觀地描述物理對象的經典實在論傾向,都令普朗克和阿爾伯特·愛因斯坦大為讚賞。
普朗克自1892年起就開始擔任柏林大學理論物理學教授,作為進入20世紀以來德意志帝國首屈一指的理論家,他在這一職位上呆了34年,直到1926年才以68歲高齡離任。由誰來接任普朗克的職務,主持這一德意志帝國最大的柏林大學物理系,無疑成為一項為物理學家們所矚目的極高的榮譽,它要求被提名人作為普朗克的繼承者,具有很高的聲望,突出的成就和優秀的教學才能。薛丁格以建立波動力學而紅極一時,並深受普朗克的賞識,並且他已有在大學執教理論物理的多年經驗,因此,柏林大學向薛丁格發出了繼任普朗克教席的邀請。
無疑,這一邀請對於年僅40歲的薛丁格來說是個極高的榮譽,極具誘惑力,同時也是對他的才能和自信心的一種挑戰。柏林在當時享有“物理學首都”的聲譽,而柏林大學更是群賢畢至,人才濟濟,然而,他對蘇黎世大學也不無留戀,這裡提供了他走向成功的外部環境,有他熟悉親切,彼此切磋的科研集體,蘇黎世大學也以優厚的條件,包括兼任聯邦工大理論物理教席的雙職雙薪這種特殊待遇來極力挽留他,而且他在瑞士的兩位博士後兼助理海特勒與倫敦也通過波動力學建立了量子化學理論,這些都使薛丁格難作選擇。
最終,還是普朗克的話促使薛丁格做出了決斷。普朗克表示,如果薛丁格能成為他的繼任者,他將會感到很高興。這既是莫大的榮耀,更是一種召喚。1927年,薛丁格舉家遷居柏林,就任柏林大學理論物理教授,並於次年在普朗克的推薦下成為普魯士科學院院士。在去普朗克家登門拜訪時,薛丁格在普朗克家的來客紀念冊上留下了一首詩,詩的最後幾行,談到了普朗克這一表示對他的感召:“詞藻華麗的信件,時間長久的言談,給我的是粉飾的虛幻。而在值得傾心相敬的我們之間,話兒簡單,卻宛如指南。總之一句話:我將很喜歡。”在柏林大學,除了普朗克和阿爾伯特·愛因斯坦之外,與薛丁格共事的絕大部分是或者將是諾貝爾獎金得主。他們每周三聚集在位於國會大廈附近的威廉皇家物理研究所,報告和討論物理學的最新進展和疑難,這種高層次的探討和交流使薛丁格精神上得到了極大的滿足和愉悅。在柏林的年代裡,薛丁格與自己仰慕已久並與自己科學和哲學觀點相似的普朗克和阿爾伯特·愛因斯坦建立了親密的友誼。他和妻子經常出席相距不遠的普朗克家中舉行的家庭舞會,他也常去波茨坦附近湖畔的阿爾伯特·愛因斯坦的山坡別墅,兩人一起在湖面上泛舟暢遊,討論物理學問題,交換彼此對量子力學解釋問題的看法。同時在薛丁格住處也經常舉行“維也納小灌腸晚會”,很快成為科學家們聚會和交往的中心。薛丁格把在柏林大學的時代看作他一生中最幸福的時代,在這裡,他以極大的熱忱投入了教學工作,和同事們一起,使柏林大學物理系的教學水平達到了前所未有的高度。薛丁格不僅在課堂上循循善誘,也歡迎學生們到他家中探討學術問題,顯得平易近人,不擺架子。他沒有讓已取得的成就和名望成為自己繼續前進的羈絆,而是作為新的起步的起點。在教學之餘,他致力於完善和推廣波動力學的成果,並努力在研究中把相對論和量子力學這20世紀物理學的兩大支柱理論統一起來。占據他這一時期的研究精力的另一中心,就是量子力學的詮釋問題。
1926年9月,玻爾邀請薛丁格到哥本哈根講學,以便就量子力學的解釋問題交換意見。薛丁格堅持物理過程的連續性,而玻爾則確信非連續量子躍遷的存在,於是,他們之間的激烈爭論便不可避免。海森伯後來回憶說,“玻爾和薛丁格之間的辯論,在哥本哈根火車站就開始了,而且後來每天從清晨繼續到深夜。薛丁格是在玻爾家中下榻的,而這就使得他們之間的討論幾乎是永不間斷的。而且,儘管玻爾在別的方面和人相處時是最體諒人和最和藹可親的,但是這一回我卻覺得他是一個寸土不讓的狂熱者,他不準備向他的對手做出任何妥協,也不準備容忍最小的含糊性。簡直難以形容雙方展開辯論時的那種感情的強烈程度,也難以形容在他們的每一句話中人們可以覺察出來的那些根深蒂固的信念……”“辯論就這樣夜以繼日地進行了若干個小時而沒有達成任何一致的意見。過了兩天,薛丁格生病了,……不得不臥床休息。玻爾夫人照料他,給他端茶送水,而玻爾則坐在床邊,並且認真地對薛丁格說:‘但是你肯定必須理解……”但在此次討論後薛丁格的觀點發生了一定的變化,他開始批判性的接受哥本哈根學派的觀點。與阿爾伯特·愛因斯坦不同的是薛丁格對於統計性理論並沒有提出尖銳的反對意見,而是就波函式的意義展開討論,他不願放棄的連續性。對於海森堡的不確定原理的正確性薛丁格很少有質疑,而對他的解釋則始終不認同,他更傾向於使用它去抨擊躍遷與粒子概念。相比哥本哈根詮釋,薛丁格對於隱變數解釋表現出了更大的不滿。1926年9月,薛丁格從哥本哈根回到蘇黎世,他在給玻爾的感謝信中重申了自己的觀點,他說:“即使一百次嘗試都已失敗,也不應該放棄到達目標的希望,我不是說通過經典圖景,而是說通過關於空時事件之真實本性的一些邏輯自恰的觀念來達到目標,這很有希望是可能的。”1928年5月,薛丁格在給玻爾的信中又提出了進一步的建議,他說,“我認為特別迫切的是要引入對它們來說這些限制(不確定關係)應該不再適用的一些新概念,因為在原理上不可觀察的東西根本不應該包括在我們的概念體系中……然而創立這個新的概念體系無疑將是非常困難的,新的設計要求觸及我們經驗的最深層:空間、時間和因果性。”而在1931年3月12日,他向柏林科學院提交了一篇論文,此文中他首次提出了薛丁格方程與擴散方程的類似性,這一理論後來發展為量子力學的隨機詮釋。總的說來,在這段時間內,薛丁格有接受哥本哈根派學說的傾向,但並沒有放棄對物理實在的追求,思想處於動盪階段。
薛丁格與阿爾伯特·愛因斯坦一道,在關於量子理論的解釋這一學術論戰中充分發揮他的理論觀點。為了說明情況,構造一個幾乎是諷刺的例子,薛丁格提出了“貓悖論”。假設一隻貓被關在了包括下述“痛苦裝置”的盒子,貓自己不能操縱這個裝置。一個帶有很少放射性物質的蓋革計數器放在盒子裡,這樣一小時中或許有一個原子衰變,則計數器反應並通過一個繼電器扳動一個小錘,打碎氰化物小瓶。人們讓這個系統放上一小時後,貓可能還是活著的,如果這中間沒有原子衰變,而第一個原子衰變將把貓毒死。這個實驗的目的是通過一個理想實驗把微觀狀態(原子衰變)同巨觀狀態(貓的死活)聯繫起來,從而得出貓的死活這樣的巨觀狀態也不確定,有待於我們的觀察的結論。而這樣的結論顯然相悖於我們的日常生活經驗和實在觀念,因而說明量子力學對實在的描述不完備。而他的立場已經發生了一定的改變,即他不再認為波函式是對實在的描述,但阿爾伯特·愛因斯坦似乎並沒有意識並理解到這一點,直到薛丁格寫信詳細闡述了自己的觀點。而直到30年代末,薛丁格才正式的認同了理論不是對客觀自然的描述而是一個相關聯的模型,這一轉變即是他的後現代轉變。阿爾伯特·愛因斯坦對這一悖論非常讚賞,在1939年8月和1950年12月兩次給薛丁格的信中,都稱之為揭示了量子力學描述實在的不完備性的最巧妙的辦法,並提出應當進一步發展完備的描述。薛丁格提出的貓悖論,又一次表明了他對量子力學詮釋問題的關注,也又一次證實了他反對正統詮釋的執著。他的這種執著使他後來在物理學家中十分孤立。第二次世界大戰中止了關於量子力學詮釋問題的論戰,但當50年代論戰再起,薛丁格又發表了《波動力學的意義》,《有沒有量子躍遷》,《基本粒子是什麼》,《我們的物質圖像》等一系列文章,表現了他作為一個科學家對信念的徹底性和堅定性。

生命是什麼

薛丁格是一個典型的書齋里的學者,他只把自己關在學術的象牙塔里,但是他的人格使他在政治上有基本的準則,即保持人的平等,自由和尊嚴,保持探討科學問題所必需的寬鬆和民主的環境,這對於人的生存和科學的發展是不可剝奪的。而1933年希特勒上台後,肆意踐踏民主,瘋狂發展壟斷資本和軍備生產,實行法西斯奴化教育,殘酷迫害不願屈服和順從他們的知識分子,尤其是猶太血統的知識分子,整個社會生活包括學校教育開始納粹化。在大學校園和科研機構里,猶太血統的科學家紛紛被勒令停止授課,工作,遭到解僱。阿爾伯特·愛因斯坦首當其衝成為迫害的目標,他主動辭去各種職務以示抗議納粹暴行,並被普魯士科學院開除。一大批著名科學家因不屬於“純雅利安人”而被剝奪繼續學術研究的權利。
薛丁格在柏林的美好年代結束了,1933年11月,他藉口休假離開了德意志帝國,來到牛津大學。事實上在這一年的春天,牛津大學的林德曼教授曾到德意志帝國去尋找猶太籍物理學家並邀請到牛津工作,但此時他卻驚喜地發現了薛丁格對此很感興趣。在夏季學期結束後薛丁格提交了辭職報告(德意志帝國方面一直不承認辭職信的存在,而當得知他獲得諾貝爾獎後則斷然否認了信的存在。)後離開,11月,他離開柏林大學開著小寶馬車到布魯塞爾後到達牛津大學。在牛津,他接到了一個令人振奮的好訊息,“因為發現原子結構的新的富有成效的形式”,他與另一名科學家狄拉克一道被授予1933年諾貝爾物理學獎。他終於摘取了這項世人仰慕的最高科學大獎,他的工作贏得了國際科學界的普遍承認和尊敬。訊息傳來,不僅薛丁格本人非常高興,奧地利國內輿論歡欣鼓舞,紛紛報導,這是奧地利的榮譽,薛丁格為自己的祖國第二次贏得了諾貝爾物理學獎。同年12月12日,在斯得哥爾摩的領獎儀式上,薛丁格發表了題為“波動力學的基本思想”的獲獎演講,在簡略地介紹了自己的傳略後,他從光學思想史入手,分析和論證了其理論的實質,他的演講再次顯示出他對思想史的熟識喜愛和他的通俗生動的文學風格,使聽眾大為折服。
1936年,薛丁格收到奧地利格拉茨大學邀請,思鄉之情使他忘記了應有的謹慎回到祖國。但兩年後,德意志帝國吞併奧地利,薛丁格立即遇到了麻煩,納粹黨徒並沒有忘記他從德意志帝國的不辭而別,儘管薛丁格為自由而違心寫信表示擁護希特勒的納粹政策,但1938年8月26日,薛丁格仍被納粹以“政治上不可靠”從格拉茨的教職上解僱。他到普林斯頓大學進行了演講,但沒有接受終身教授的職務,隨後他又到比利時的根特大學進行了幾場演講。他在學術界的朋友們十分關心他的處境,紛紛向他伸出援助之手。1939年9月1日,法西斯德意志帝國閃擊波蘭,第二次世界大戰爆發,薛丁格更加陷入困境,瓦勒拉通過外交途徑為薛丁格準備了一張24小時內有效的安全通行證,使薛丁格於10月5日安全到達愛爾蘭的首都都柏林,開始了在那兒長達17年的僑居生活,並開始了他生命旅途中最後一段富有創造性的征程。
1941年,都柏林高等研究院正式開學,薛丁格擔任理論物理部主任。高等研究院內學術空氣生動活躍,講習班雲集了來自各國的物理學家,成為戰時條件下探討各種物理問題的頗負盛名的非正式會議。而玻恩狄拉克德拜也多次與會討論。這一時期,他致力於推廣阿爾伯特·愛因斯坦的引力理論為統一場論,致力於時空結構和宇宙學研究。早在1940年,他就希望在非對稱聯絡基礎上建立可綜合引力,電磁和核三種相互作用的一種統一場論,1947年,他一度認為已經推廣了廣義相對論並完成了引力與電磁力的統一,但事實上他與阿爾伯特·愛因斯坦一樣沒有獲得成功。他力圖把波動力學套用於宇宙學中,這些方面的研究,集中反映在《時空結構》和《膨脹著的宇宙》兩本書中。他從不期望獲得場方程的類粒子解,而是一條發現整數性,理解量子力學平面波的道路。他堅信二次量子化與量子場論,並進一步形成了粒子與連續性的理解。他認為粒子是整個宇宙的波動模型,在邊界限定的宇宙中所發生的波動或振動現象是事物之間相互作用的基本模型,他曾說阿爾伯特·愛因斯坦的有限宇宙本身是自然的和無邊的盒子,通過振動模型的分立而自然的產生了原子論。而實驗發生的環境本來就由宇宙決定,在這裡他一向青睞的整體論具有巨大優勢。他堅信量子場論是一種合理的代數模型。他藉助宇宙的有界性而提出了邊界值的思想,並認為物質與時空形成了一個統一的整體。這一時期他關於波動形成了新的思想,並運用於統一場中。同時他繼續保持對量子力學和統計力學的興趣,並於1946年完成了《統計熱力學》。1943年2月薛丁格在愛爾蘭都柏林三一學院作了一系列講演並於1944年整理出版了一本著作《生命是什麼》。在這本書中,他提出了三個著名的觀點:(1)生命是非平衡系統並以負熵為生。(2)遺傳物質是一種有機分子,遺傳是以密碼的形式通過染色體來傳遞的,而這種密碼是由複雜的化學物質的空間排列體現的。(3)生命體系中存在量子躍遷現象,生命及遺傳的穩定性與輻射下的變異說明了生命遵循量子規律。
薛丁格廣博的知識和充沛的創造力是驚人的。在他的專業領域內,他先後發表了5本專著和不下150篇論文,其範圍幾乎覆蓋了所有理論物理學前沿;而在專業領域之外,他除了在生物學發展中的重要貢獻《生命是什麼》和文學上的造詣結晶《詩集》之外,還發表了一系列哲學論著,內容涉及許多哲學上的重大課題,他確實近乎於一位百科全書式的學者。薛丁格始終對哲學抱有濃厚的興趣,這點早在他的學生時代及在維也納工作時期就表現出來了。與普朗克和阿爾伯特·愛因斯坦一樣,薛丁格是一位關於外部世界的實在論者,並堅持人類認識的目的在於獲得關於外部世界的真實知識,理解它的本質和規律。他認為問題並不僅僅在於我們能否說明觀察現象,而在於“實在的物理世界”。他堅持哲學探索對科學研究的意義,認為哲學是人類普遍知識和特殊知識必不可少的基礎,他的哲學思想也確實幾乎始終貫穿於他的科學探索中。他說過:“科學是哲學的繼續,只是手段不同”,並承認,這種“自然哲學”式的熱情在自己身上延續下來,給以後的生命歷程許多鼓舞。實在論思想是薛丁格全部科學哲學的前提,他提出了兩條基本原理:一是自然的可理解性原理,二是客觀化原理,它們反映了薛丁格科學世界觀的特徵,也是他的科學方法論的基礎。馬赫認為,自然科學的目的就是對觀察到的事實做出一個完備的和經濟的描述,除此之外,它不能給出任何解釋,也不能獲得任何東西。薛丁格認為這種觀點過於簡單。自然界的現象之間肯定存在聯繫,而且我們能夠掌握它們,這就是“自然的可理解性”。他認為馬赫常常用誇張的手法關注一些細枝末節,沒有從整體上理解前人的思想。在他看來,這樣的“懷疑主義是廉價和貧瘠的東西”,“一個比前人更接近真理並清楚地認識到其智力構建的局限性的人所具有的懷疑主義才是重要而富有成果的”。而這恰恰是薛丁格對古希臘哲學情有獨鐘的原因之一。薛丁格認為,自然科學與其他方面的知識居於同等地位,科學給予我周圍世界的圖像是非常欠缺的。它提供了大量的只敘述事實的信息,將我們的一切經驗都放置在一個嚴密的秩序之中,這個秩序固然宏偉,但它對於一切真正接近我們心靈、對我們真正具有重要意義的事物,則是可怕地緘默。他懷疑科學和技術的突飛猛進能增加人類的幸福。而他的這種觀點也使得在國際能源(原子能)大會邀請他作為奧地利代表做一個關於原子能的報告的要求被他拒絕,而最終他做了一個關於科學哲學的報告。

奧地利的驕傲

薛丁格在都柏林度過了整整17年的漫長歲月,這也是他生命歷程中最長的一段僑居生涯。但即使如此,他始終保持著自己的國籍,保持著自己對祖國的一片濃濃的真情。同樣,祖國和人民也沒有忘記薛丁格,也始終關懷著曾帶給他們崇高榮譽的這位科學巨匠,一代天驕。第二次世界大戰結束後不久,奧地利有關方面就試圖說服薛丁格返回家鄉,甚至連倫納總統也於1946年出面勸說,但薛丁格的民族感情使他不願回到當時按規定由蘇聯軍隊占領下的維也納。在此後的歲月里,他和妻子常去他們酷愛的奧地利蒂羅爾山區遊覽,他們的滿腔鄉戀得以溶化在飽覽祖國山河秀麗風光的喜悅中。直到1956年,蘇,美,英,法四國占領軍已全部撤走後,薛丁格才決定返回他朝思暮想的故鄉,擔任了維也納大學理論物理學名譽教授的特別職位。儘管他已年屆七十,到了通常的退休年齡,他仍然堅持又授課一年。在常人看來,薛丁格是一個非常古怪的人。他在政治上非常迀闊,甚至可說是極為幼稚。在經濟方面又顯得過於“深思熟慮”。他對愛情有著崇高的理想,但在實際的情愛生活中卻又非常世故。總之,在旁人看來是相互衝突的特徵,竟能在他身上和諧地統一起來。他的謙遜和學究氣,再加上南德意志人的熱情和固執,構成了他多舛的命運。他從來沒有刻意把自己打扮成別人喜愛的樣子。他是一個遠離沽名釣譽的典範。按照狄拉克的話來說,薛丁格是一個不從習俗的人:“當他去布魯塞爾參加索爾維會議時,他會從火車站步行到代表們住宿的旅館,背著他那裝著全部行李的帆布背包,看上去活像一個流浪乞丐。難怪他在得到一間住房之前,在接待處前先得經過那么多的盤問。”薛丁格是個激情化的人,很有詩人氣質。正是普朗克、阿爾伯特·愛因斯坦、玻爾的舊量子理論山窮水盡的絕望境地激發了他天才的靈感。精神上的壓力,特別是由於熱戀而產生的心理壓力也有助於而不是妨礙他科學上的創造性。薛丁格在現代物理學的眾多締造者中具有最複雜的人格特徵。他激進地反對非正義,然而卻對任何政治活動都嗤之以鼻;他藐視浮華炫耀,然而面對榮譽和獎牌卻像孩子般地開心;他所沉溺其中的吠檀多觀點認為每個人都是其他人的組成部分,然而他對任何與他人合作形式卻都避之不及;他的思想致力於精密的推理,然而他的秉性卻像首席女演員般善變;他自稱是個無神論者,然而卻總是使用宗教符號,並且認為自身的科學工作是在向神性靠攏。他曾對一個朋友說道:“我不想讓人覺得妄自尊大,但是我認為當我被藝術學院拒絕時,這世界的確失去了人才。”薛丁格在晚年登上了榮譽的巔峰。他的祖國授予他大量的榮譽以致褒獎和謝忱。他剛回國就獲得維也納城市獎,政府設立了以他的名字命名,由奧地利科學院頒發的獎金,他是第一名獲獎者。1957年他又榮獲奧地利藝術和科學勳章,聯邦德意志帝國高級榮譽勳章。薛丁格曾寫道:“奧地利在各方面都給我以慷慨的款待,這樣,我的學術生涯將榮幸地終止在它由之開始的同一個物理學院。”1957年,薛丁格倖免於一次危及生命的重病,但從此再也沒有完全恢復健康。他繼續從事著力所能及,不致過於勞累的工作,而他的思想仍同過去一樣活躍和清晰,依然繼續進行量子力學基礎,統一場理論以及介子物理方面的研究。甚至在他不得不去蒂羅爾山區療養的期間,1960年10月,他仍在與玻恩通信,仍沒有停止他那無窮盡的探索。在其逝世前幾周給玻恩的最後一封信中,薛丁格仍然以其常有的激昂態度同玻恩就量子力學問題進行爭論,他寫道:“麥克斯,你知道,我是很喜歡你的,在這一點上是不能有什麼改變的。但請允許我好好地訓你一頓。因此,你聽著……”玻恩就此指出:“在我們通信來往的許多年裡,經常是這樣:粗魯和親切混雜在一起,最激烈地交換意見;但始終沒有委屈之感。”1961年1月4日晚19時,薛丁格因肺病在妻子身邊閉上了他一生探索世界,尋找科學真理的眼睛。他的智慧的頭腦在長途跋涉之後永遠地休息下來。

著名言論

一群專家在一個狹窄的領域所取得的鼓勵的知識,其本身是沒有任何價值的,只有當他與其他所有的知識綜合起來,並且有助於整個綜合知識體系回答“我們是誰”這個問題時,它才真正具有價值。我認為科學是我們致力於回答一個包容了所有其他問題的重大哲學問題,即我們是誰這一整體中的一部分。
即使一百次嘗試都已失敗,也不應該放棄到達目標的希望。要敢于堅持對真理的信仰。
要敏銳地注意到,你的特殊專業在人類生活的悲喜劇的舞台上所扮演的角色;要聯繫生活,不僅要聯繫實際的生活,而且要聯繫生活的理想背景,這一點通常顯得更為重要。同時,還要使自己緊跟時代。如果你不能最終告訴別人你一直在做什麼,那么,你的研究也就一文不值。
我們的任務不是去發現一些別人還沒有發現的東西,而是針對所有人都看見的東西做一些從未有過的思考。
懷疑主義是廉價又貧瘠的東西。一個比前人更接近真理並清楚地認識到其智力構建的局限性的人所具有的懷疑主義才是重要而富有成果的。這種懷疑主義只是成倍增加某種發現的價值,而不會降低它的價值。
受過教育的人中,大多數對科學都不感興趣,也不知道科學知識是形成人類生活理想主義背景的一部分。在對“科學究竟是什麼”全然無知的前提下,許多人認為科學的任務就是發現新機器,或者是幫助人們發明新機器,以便改善我們的生活條件。他們會把這些事情留給專家來做,就像讓管道工來修理他們的水管一樣。如果讓持有這樣觀點的人為我們的孩子選擇學習課程,其結果必然是可悲的。
如果缺乏彼此間的相互理解,教育就無法對那些我們負有責任的孩子產生持久的影響。
我們熱切地想知道自己從哪裡來到何處去,但唯一可觀察的只有身處的這個環境。這就是為什麼我們如此急切地竭盡全力去尋找答案。這就是科學、學問和知識,這就是所有精神追求的真正源泉。
量子物理學與自由意志問題沒有任何聯繫。如果存在自由意志這樣的問題,那么物理學最新的發展也不會對它有絲毫促進。

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