爱华网REDIRECT 埃尔温·薛定谔
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二,锋芒初露
薛定谔于1910年从维也纳大学毕业,同年秋季按规定服兵役一年,次年秋天回到维也纳大学,开始了他的研究生涯.此后的十年时间,他潜心研究,努力钻研,尽管中间曾被第一次世界大战所打断,但他坚持不懈,先后就一系列众所瞩目的课题发表了许多论文,范围几乎包括物理学界当时关注的所有热门课题,也涉及一些不被人们所看重的冷僻领域.所有这些,都给他带来了很大声望,初步确立了他作为国际知名的理论物理学家的地位.
从1910年到1914年不到四年的时间里,薛定谔作为埃克斯纳的助手,先后发表10篇论文和一篇为物理学手册撰写的关于电介质的评论,1914年1月,他获得了大学教师资格认可,这也是他在科学生涯中的第一次晋升.他的第一篇论文是关于磁的运动学理论,用理论方法分析金属的抗磁性质,尽管问题的最终解决有待于量子统计的发展,但这篇文章在数学方法和理论的明晰上都是成功的.紧接着,他又试图把这种运动学理论推广到电介质以至一般固体,并分析评论了荷兰著名物理学家德拜几个月以前发表的"绝缘体的运动学理论的若干结果".关于物质的介电性质，他还发表过另外两篇文章,一篇是为慕尼黑大学主编的5卷本《物理学手册》撰写的长达75页的"电介质",另一篇是关于反常电散射理论的一个简短笔记.针对当时新近发现并讨论热烈的贯穿辐射现象,他向帝国科学院提交了"贯穿大气辐射的高度分布理论".分析了辐射源的三种可能:地表放射性物质;大气中悬浮的放射性物质;星际辐射源假说.他重点分析了第二种可能,并推导出了高度分布方程以与实验探测数据对照.他的这一理论分析对于宇宙射线的发现具有重要的参照作用.晶体点阵动力学和固体的原子结构,是当时国际物理学界研究的热点,也是薛定谔研究工作的又一领域.薛定谔先后发表了题为"论X射线产生的干涉图像的明晰性","论德拜效应理论"和"论弹性耦合点系统的动力学"三篇论文,分别讨论了劳厄的X射线干涉图象和晶体点阵动力学.在第一篇文章里,通过一系列的分析和计算,得出温度与辐射强度等的简单函数关系式;在第二篇文章中,他为回答别人的质疑,作了进一步的澄清,而第三篇论文,他则基于固体原子结构的发现和原子论立场,以一维点阵模型为例尝试建立固体运动学理论,并证明其原子结构,获得了相当的成功.
这一时期的薛定谔少年得志春风得意,在物理学集体中如鱼得水,挥洒自如,在刚刚起步不到三年中发表了十余篇论文并紧盯最新发展,使他在学术界崭露头角,小有名气.而在生活上,经朋友介绍认识了后来成为薛定谔夫人的安妮玛丽贝特尔小姐,开始了甜蜜的恋爱.薛定谔是通过朋友科尔劳施认识贝特尔的，那时他与科尔劳施在泽海姆消夏别墅进行大气中放射性粒子悬浮的研究。六年之后,他把一篇发表了的论文寄给他的媒人,并在献辞中风趣地写道:"1919年10月1日附录:如我所知,1913年夏季泽海姆的大气中,除了Ra—A,B,C外,肯定还有一些其他东西,而我的测电器却没能指示其踪迹.这是由于它发现了萨尔茨堡的贝特尔小姐,她吸引了作者的全部注意力."而后来薛定谔夫人回忆他们的初次相识时说:"他给我很深的印象,首先因为他非常英俊,他有一张很吸引人的脸,……而在这之前我对他印象就不错,因为科尔劳施已向我介绍过他."
薛定谔在一战一开始,就应征入伍,成为奥匈帝国的一名炮兵军官.他后来把这段历史用寥寥数语作了概括:"接着战争开始了,那时我作为一名炮兵军官驻扎在东南前线,没有受伤,没有生病,也没有获得什么荣誉."在残酷的战争面前,他感到了甜美生活的难得,在战争所带来的时间荒废中,他也更领会到了生命和时光的可贵.几经转战,战争后半期薛定谔的军旅生活是在后方度过的,这也是为了保护科学人才而采取的措施.这样,薛定谔又可以发挥他的专长了,在距维也纳30公里的小镇,他给一批批即将赴任的防空部队军官讲授气象学的基本概念和事实,例如大气的构成,太阳辐射,大气的分布和每天,每年的变化;气压,高,低压区,大气环流特别是大洋,大陆和山区的风,气候分界线,风暴,云层结构,天气图的解释等.这些课程尽管不过是重复他在大学学过的课程,但毕竟使他有时间坐下来阅读资料,重续科学研究的旧梦,并焕发出创造性的活力.他很快又向《物理学期刊》寄出了一篇题为"论大气声学"的论文,讨论了大气中声波的传播方程.与此同时,他还关注着广义相对论,量子统计和涨落理论,原子物理学等领域的最新进展,为战后迅速恢复研究工作做好了充分的准备.尽管这里远离前线,条件优裕,工作顺心,但薛定谔无法压抑对战局的忧虑,企盼战争早日结束.
战后,薛定谔重返第二物理研究所,全力以赴从事理论物理学研究.由于战争后期的大量信息和思考的储备,他一连发表了好几篇论文.其中关于广义相对论的两篇题为"引力场的能量分量"和"广义协变引力场方程的解系统"都引起了阿尔伯特·爱因斯坦的极大关注,并分别撰文讨论和回答.薛定谔是在一战期间开始学习广义相对论的，一开始他觉得掌握起来较为困难，但不久他就理解了这一理论，并且他发现阿尔伯特·爱因斯坦的原始表述是过于复杂的。而薛定谔同时还写了三本未发表的关于能量分析和应用的笔记.量子统计和涨落理论,是薛定谔的又一工作重点.他继承了玻尔兹曼的方法论原则,发表了三篇论文.他的工作还包括一个验证光量子理论的实验,这也是他所做的最后一个认真的物理实验.他对于阿尔伯特·爱因斯坦的光的本性理论发生了兴趣,因此他设计出一个实验,通过同一光源发出两束大角度的光,观察是否有相干性和干涉现象来验证光量子理论.1920年4月6日,薛定谔与贝特尔小姐结婚.此后,他离开了他的母校和故乡,先是移居德意志帝国耶拿,此后又在斯图加特工学院任副教授一个学期.这期间他收到来自基尔大学,布累斯劳大学和母校维也纳大学的三份正教授聘书,无疑,回返母校,继承哈泽内尔的事业对他有极大的吸引力;但当时奥地利学术界的经济条件和工作状况实在糟糕,使他忍痛放弃了这项选择.薛定谔夫妇去了布累斯劳,在那数周后,薛定谔又收到并接受了苏黎世大学理论物理学教授的职务聘书.他一生中最辉煌的一章开始了.
三,理论物理的困境
1921年10月,薛定谔夫妇终于结束了他们婚后一年半来不断的迁居转移,摆脱了生活于战败国中经济上和心理上的压力和阴影,在苏黎世安定下来.当然,在瑞士靠教授的薪水养家度日也算不上富裕阶层,一个普通教授那时也只能算属于可怜的低级阶层.但无论如何,这里物价稳定,人民安居乐业,他也至少无饥寒之虑,从而能安心于教学和研究.
薛定谔的就职演讲以"自然规律是什么"为题,以这样的话作为演讲的结束:"我愿意相信,一旦我们抛弃了根深蒂固的绝对因果性偏见,我们就能成功地克服这些困难,而不再期望用原子理论去证实因果性教条."薛定谔关于原子过程几率性的论断是很有预见性的,机遇作为统计规则性基础,也得以与因果性,与规律协调起来.这位新来的教授以其思想的深刻性和独立性,给听众留下了深刻的印象.他所开设的一系列理论物理学课程吸引了许多学生,他所主持的讨论班上也总是围绕物理学中的基本问题和进度展开热烈的讨论.
薛定谔还鼓励进行校际交流,经常和联邦工业大学共同举行活动,他自己也同联邦工业大学的数学教授H外尔和物理学家德拜成了莫逆之交.德拜与薛定谔神交已久,两人都对固体比热,X射线干涉图形,原子结构等问题感兴趣,并已各自在刊物上讨论过对方的观点,现在能当面切磋,互相琢磨,真是相见恨晚,倍感快慰.外尔是20世纪上半叶最著名的数学家之一,他尝试把引力场和电磁场概括成一个统一的物质理论;20年代中期他研究连续群的表示,把群论应用于量子力学中解决了一系列物理,化学问题.能与这么一位热心于物理学问题的卓越数学家共事,不时请教讨论一些数学上的问题,对薛定谔的帮助是很大的.薛定谔与德拜,外尔的交往,既满足了他感情上的需求,也成为他学术成就的刺激和动力.而事实上，在求解薛定谔方程的径向解时，薛定谔也的确求教于外尔。
苏黎世时期,是薛定谔的又一个创造性高峰.仅从1922年到1926年早期,他就在教学之余发表了20篇论文,范围非常广泛,其中有4篇关于原子结构的,5篇关于颜色理论和生理光学的,1篇关于相对论的,4篇关于量子比热理论的,6篇关于气体统计理论的.这些论文粗略而言,可以分为三类,即原子结构理论,量子统计理论,颜色和视觉理论,第一类是当时理论物理学界关注的中心,第二类则是用量子方法处理和修改气体运动论和固体比热理论,既是薛定谔的多年爱好,也是当时的热门,而第三类文章则比较令人奇怪了.不过这也反映了他的工作中的那种把不同理论,不同学科结合起来研究的统一科学的倾向。但那毕竟理论性不强,也不为众所瞩目.他把它戏称为"为逃避原子结构理论的绝望困境而通入光学领域的一次小小的旅行",一种松弛心情,换换脑筋的休息.他真正热衷的,仍然是量子统计和原子结构这两大领域,也正是这两方面工作的结合,开辟了他通往波动力学之路.关于原子结构,他虽然写出了几篇有份量的文章,却缺乏系统全面的研究,这是因为他不喜欢当时量子力学的进展路线,同时,这种进展本身正面临着巨大的理论困境.
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,微扰理论等众多物理学领域,并熔阿尔伯特·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为一炉,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.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."阿尔伯特·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天才."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.玻恩赞扬薛定谔的工作说：“在理论物理学中，还有什么比他在波动力学方面的几篇论文更出色的呢？”
1924年前后，薛定谔和普朗克、阿尔伯特·爱因斯坦等人就量子统计问题展开了深入的研究。薛定谔已写过一篇有关气体简并和平均自由程的文章，详细评述了理想气体熵的计算问题。薛定谔在1925年2月5日给阿尔伯特·爱因斯坦的信中谈到不理解阿尔伯特·爱因斯坦-玻色统计方法，认为量子理论中玻耳兹曼的方法也应是完全有效的。根据这个方法阿尔伯特·爱因斯坦的计算有误。同年2月28日阿尔伯特·爱因斯坦给薛定谔回了信，详细说明了自己的计算过程并没有错，只是所用的方法和玻耳兹曼的方法不同，但薛定谔仍难于接受。1925年7月，普朗克代薛定谔向普鲁士科学院递交了一篇论文《理想气体统计熵定义的评述》。在评述中他认真考虑了阿尔伯特·爱因斯坦的理论，认为如果气体分子与光量子在统计学上的行为一致，就势必导致玻色-阿尔伯特·爱因斯坦统计法。但他并没有接受这种观点。阿尔伯特·爱因斯坦在久未收到薛定谔复信的情况下，于1925年9月28日主动地给薛定谔写了一封信，肯定了薛定谔对于他的理想气体熵的批评。1925年10月，薛定谔得到了一份德布罗意的博士论文，在阿尔伯特·爱因斯坦的影响下他深入地研究了德布罗意的位相波思想。1925年12月15日，薛定谔发表了《论阿尔伯特·爱因斯坦的气体理论》一文。文章一开头薛定谔就指出如果不考虑德布罗意-阿尔伯特·爱因斯坦的运动粒子波动理论，解决问题的其它途径是没有的。在这篇论文中，薛定谔第一次运用德布罗意的相波思想，把理想气体作为相波谐波系统来处理。他提出不仅把玻色方法应用于光量子可得普朗克公式，而且把玻耳兹曼方法应用于德布罗意相波，同样可得普朗克公式，同时他提出了零点能的量子波动解释。
薛定谔在他的第一篇论文中，提到了德布罗意的博士论文对他的启示。他写道：“我要特别感谢路易斯"德布罗意先生的精湛论文，是它激起了我的这些思考和对‘相波’在空间中的分布加以思索。”德拜对他也有积极影响，在苏黎世定期召开的讨论会上，薛定谔被德拜指定作有关德布罗意工作的报告。在报告之后，主持人德拜表示不满，向他指出，研究波动就应该先建立波动方程。薛定谔当时难以立即回答，事后他想，原子应当被当作某种振荡体系来处理，它应该具有能级，用数学物理学中解决其他问题所流行的方法，这些能级就会作为这个振荡体系的本征值而显示出来。薛定谔在他的启示下，下功夫研究这个问题，几星期后，薛定谔再次报告，宣布找到了这个方程。他一开始建立了一个相对论性理论，得出了后来称之为克莱因—戈登方程的波动方程，但由于当时还不知道电子有自旋，所以在关于氢原子光谱的结构的理论上与实验数据不符，薛定谔极为失望，以为自己的方法错了，因而放弃了它。后来克莱因、戈登也得出了这一方程，并在薛定谔之前发表了它。薛定谔对此极为惋惜。几个月后，他在瑞士阿罗萨山与情人度假时改用非相对论性波动方程来处理电子,为了防止受干扰，他甚至用珍珠将耳朵塞上。不久后他得出了与实验数据极为相符的结果。薛定谔在论文一开始就写道：“通常的量子化法则可以用另一个假设来代替了，在这个假设中，不引入任何一个关于‘整数’的概念，而整数性倒会像振动的弦的波节数是整数一样很自然地得出来。这种新的理解是可以普遍化的，而且像我认为的那样，是很深地渊源于量子法则的真正本质之中的.”薛定谔还把经典力学的限度和几何光学的限度作了类比，从而大胆地提出了波动力学存在的猜测。他写道：“事实上我们现在知道，经典力学在轨道线度很小和曲率很大的情况下是不适用的，也许力学的这种失效和几何光学，即‘波长为无穷小的光学’的失效是十分相似的。几何光学的失效在障碍物或孔径不再比真实的有限大小的波长大时，显得特别明显，也许我们的经典力学和几何光学完全类似，象几何光学一样出错，不符合真实情况；一旦轨道的曲率半径和线度比某个波长小时，经典力学就不正确了。在q空间中，这种波长是具有实际意义的，于是提出了寻找波动力学的问题。”接着他在讨论波包的限制条件时，提出了微观力学过程是波动过程的重要论断，他写道：“在q空间中，真正的力学过程是通过一种适当的波动过程，而不是由形象点的运动来实现或表示出来的。作为经典力学的对象，形象点运动的研究只是一种近似处理，正如几何光学或‘射线’光学比之于真实光学过程一样。和轨道的几何结构相比，上面所描述的那类波信号能足够近似地被认为是局限于一点的，这种波信号就可描述宏观力学过程。我们已经看到，这样一种信号或波包的运动规律，和经典力学形象点的运动规律是严格相同的。然而当轨道的形状和波长比较不再是很大或实际上差不多时，这种处理方式失去了全部意义，那时我们就必须严格地按波动理论来处理，即为了形成各种各样可能过程的一个图象，我们必须按波动方程，而不是按力学的基本方程来处理，后者对解释力学过程的微观结构是无效的，正如几何光学在解释衍射现象时的情况一样。”最后，薛定谔指出在微观领域中粒子路径没有意义。他写道：“让我们考虑一个具有上面所述的那种性质的波包，这个波包以某种方法进入一个小的其尺度是波长数量级的闭合的“路径”(Path)中去，因此小到可和波包本身的尺度作比较，那么很清楚，在经典力学意义上的“体系的路径”，即等相位点的路径，将完全失去其路径的特性，因为在这个等相点的前后及其附近区域，有一片连续的点，其相位几乎是完全相等的，然而它们表现完全不同的“路径”，换句话说，波包不仅立即充满整个路径区域，而且也要向四面八方伸展出去。”在这个意义上，他进一步说明电子轨道没有意义。他写道：“根据德布罗意的理论，这种相波是和电子轨道伴随在一起的。因此电子路径本身不具有空间的意义(至少在原子内部是如此)，电子在路径上的位置更是没有意义的。在我阐明的这个意义上，如今更加明显确信：首先，原子中电子运动的相位的真实意义必须放弃；其次，我们不能由量子条件断言在某一定的时刻，可在某个确定的量子轨道上发现电子；第三，正确的量子力学定律，不是由单一路径的明确的定则所组成的，而是通过一些方程式，把一个体系的各种各样的路径都结合起来，因此在不同的路径之间，明显地存在某种相互制约的作用。”由此他得出结论：“所有这些断言一致要求我们放弃‘电子的位置’和‘电子的路径’的概念。”而关于波包与波函数问题上薛定谔在此时期认为物质波是三维空间中真实的、可观测的波，他希望建立在一个彻底的波动概念之上的物理学，但这一思想却并没有被认同。
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，在创立正式的量子力学前他就发现，通过加入一个虚数单位，Weyl的规范或伸展因子就变成相位因子。同年,他应用阿尔伯特·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,相对孤立的薛定谔虽偶有突破,却实在是困难重重.他因此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.可以说他的思想与德布罗意是一脉相承的。薛定谔于1925年11月3日致信阿尔伯特·爱因斯坦:"几天前我以极大的兴趣阅读了德布罗意的天才论文,最终掌握了它;借助于它,您的第二篇论文简介的工作对我也首次成为完全清楚的了.按我个人的意见，德布罗意在数学技巧上的处理和我过去的工作也差不多，只是稍为正规些，却并不那么优美，更没有从普遍性上加以说明。德布罗意能从一个巨大理论的框架上全面地思考问题，这一点确实比我高明，那是我过去所不知道的。”在第二篇论文中，薛定谔从经典力学与几何光学的类比及物理光学到几何光学过渡的角度，阐述了他建立波动力学的思想，并建立了一般的含时间的波动方程。接着，薛定谔解出了谐振子的能级和定态波函数，结果与海森伯的矩阵力学所得相同。他还处理了普朗克谐振子和双原子分子等问题。薛定谔的第三篇论文阐述了定态微扰理论，他用波函数详细计算了氢原子的斯塔克效应，结果与实验符合得很好。薛定谔的第四篇论文推出了含时间的微扰理论，并用之于计算色散等问题。
在1926年以前，矩阵力学与波动力学是平行地发展起来的，只是在证明两者的联系以后，才统一为量子力学，一种力学的思想发展对另一种是有影响的。在未统一以前，两门力学的创建者对彼此的工作缺乏理解，互有责难。海森堡曾说：“我越是思考薛定谔理论的物理内容，我就对它越讨厌。”薛定谔也对矩阵力学提出了批评，认为“这种超越代数的方法简直无法想象，它如果不使我拒绝的话，至少也使我气馁。”但是，薛定谔并没有拒绝海森堡的论文，而是钻研它。在他的《量子化是本征值问题》(第二部分)中他写道：“这里我愿意提及海森堡、玻恩、约当和其他一些著名的学者目前正在深入进行的一项排除量子困难的研究工作。这些研究已经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。从这一理论的发展趋向看，海森堡的意图十分接近于现在我们已经论述的这一工作，他们的方法是完全不同的，我还没有找到二种方法之间的联系，我抱有明确的希望，这二个进展将不会互相冲突。相反，正由于它们的出发点和方法截然相异，它们可互相补充，取长补短。海森堡方案的力量在于它能给出谱线强度，这个问题我们还没有接触到。”在1926年4月发表了《关于海森堡-玻恩-约当的量子力学与我的波动力学之间的关系》，在这篇文章中，薛定谔证实了矩阵力学和波动力学的等价性，他把波动函数展开为正交系，根据对应关系进行替换，成功地证明了两者在数学上是等价的：矩阵由薛定谔的本征函数构成，反之亦然。泡利，狄拉克也于同时证明了这一结论。
波动力学的创始人一时间成为享誉国际学术界的风云人物和科学明星,他终于收获到了辛勤耕耘十数载后的成功喜悦.在柏林,两位量子论巨人张开臂膀欢迎薛定谔,普朗克称自己以"充满兴趣和振奋的心情沉浸在对这篇具有划时代意义的著作的研究中",他认为,薛定谔方程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在经典力学中所起的作用一样.阿尔伯特·爱因斯坦也对薛定谔的成就留下了深刻的印象,说:"我相信您以关于量子条件公式表述取得的决定性的进展,正像我同样相信海森堡—玻恩的路子出了毛病一样."在慕尼黑,薛定谔也受到了凯旋般的欢迎,他的学术报告中数学上的巨大成功折服了所有听众,他的波动图景也为老一代物理学家所欢迎.在哥本哈根,薛定谔以"波动力学的基础"为题向丹麦物理学会发表了演讲,波动力学在数学上的简单清楚,处理量子问题方法上的便捷有效,再一次受到普遍欢迎.在威斯康星,在加利福尼亚,在纽约……薛定谔的美国之行也受到了美国理论物理界的热诚欢迎.
五,死猫还是活猫
波动力学的建立,使薛定谔成为世界闻名的物理学家,而他在柏林所作的学术报告,也给普朗克,阿尔伯特·爱因斯坦等留下了很好的印象.他对各种知识运用自如的理论功底,处理技术问题得心应手的数学素养,特别是追求在时空中清晰直观地描述物理对象的经典实在论倾向,都令普朗克和阿尔伯特·爱因斯坦大为赞赏.
普朗克自1892年起就开始担任柏林大学理论物理学教授,作为进入20世纪以来德意志帝国首屈一指的理论家,他在这一职位上呆了34年,直到1926年才以68岁高龄离任.由谁来接任普朗克的职务,主持这一德意志帝国最大的柏林大学物理系,无疑成为一项为物理学家们所瞩目的极高的荣誉,它要求被提名人作为普朗克的继承者,具有很高的声望,突出的成就和优秀的教学才能.薛定谔以建立波动力学而红极一时,并深受普朗克的赏识,并且他已有在大学执教理论物理的多年经验,因此,柏林大学向薛定谔发出了继任普朗克教席的邀请.
无疑,这一邀请对于年仅40岁的薛定谔来说是个极高的荣誉,极具诱惑力,同时也是对他的才能和自信心的一种挑战.柏林在当时享有"物理学首都"的声誉,而柏林大学更是群贤毕至,人才济济,然而,他对苏黎世大学也不无留恋,这里提供了他走向成功的外部环境,有他熟悉亲切,彼此切磋的科研集体,苏黎世大学也以优厚的条件,包括兼任联邦工大理论物理教席的双职双薪这种特殊待遇来极力挽留他,而且他在瑞士的两位博士后兼助理海特勒与伦敦也通过波动力学建立了量子化学理论，这些都使薛定谔难作选择.
最终,还是普朗克的话促使薛定谔做出了决断.普朗克表示,如果薛定谔能成为他的继任者,他将会感到很高兴.这既是莫大的荣耀,更是一种召唤.1927年,薛定谔举家迁居柏林,就任柏林大学理论物理教授,并于次年在普朗克的推荐下成为普鲁士科学院院士.在去普朗克家登门拜访时,薛定谔在普朗克家的来客纪念册上留下了一首诗,诗的最后几行,谈到了普朗克这一表示对他的感召:"词藻华丽的信件,时间长久的言谈,给我的是粉饰的虚幻.而在值得倾心相敬的我们之间,话儿简单,却宛如指南.总之一句话:我将很喜欢."在柏林大学,除了普朗克和阿尔伯特·爱因斯坦之外,与薛定谔共事的绝大部分是或者将是诺贝尔奖金得主.他们每周三聚集在位于国会大厦附近的威廉皇家物理研究所,报告和讨论物理学的最新进展和疑难,这种高层次的探讨和交流使薛定谔精神上得到了极大的满足和愉悦.在柏林的年代里,薛定谔与自己仰慕已久并与自己科学和哲学观点相似的普朗克和阿尔伯特·爱因斯坦建立了亲密的友谊.他和妻子经常出席相距不远的普朗克家中举行的家庭舞会,他也常去波茨坦附近湖畔的阿尔伯特·爱因斯坦的山坡别墅,两人一起在湖面上泛舟畅游,讨论物理学问题,交换彼此对量子力学解释问题的看法.同时在薛定谔住处也经常举行"维也纳小灌肠晚会",很快成为科学家们聚会和交往的中心.薛定谔把在柏林大学的时代看作他一生中最幸福的时代,在这里,他以极大的热忱投入了教学工作,和同事们一起,使柏林大学物理系的教学水平达到了前所未有的高度.薛定谔不仅在课堂上循循善诱,也欢迎学生们到他家中探讨学术问题,显得平易近人,不摆架子.他没有让已取得的成就和名望成为自己继续前进的羁绊,而是作为新的起步的起点.在教学之余,他致力于完善和推广波动力学的成果,并努力在研究中把相对论和量子力学这20世纪物理学的两大支柱理论统一起来.占据他这一时期的研究精力的另一中心,就是量子力学的诠释问题.
1926年9月，玻尔邀请薛定谔到哥本哈根讲学，以便就量子力学的解释问题交换意见。薛定谔坚持物理过程的连续性，而玻尔则确信非连续量子跃迁的存在，于是，他们之间的激烈争论便不可避免。海森伯后来回忆说，“玻尔和薛定谔之间的辩论，在哥本哈根火车站就开始了，而且后来每天从清晨继续到深夜。薛定谔是在玻尔家中下榻的，而这就使得他们之间的讨论几乎是永不间断的。而且，尽管玻尔在别的方面和人相处时是最体谅人和最和蔼可亲的，但是这一回我却觉得他是一个寸土不让的狂热者，他不准备向他的对手做出任何妥协，也不准备容忍最小的含糊性。简直难以形容双方展开辩论时的那种感情的强烈程度，也难以形容在他们的每一句话中人们可以觉察出来的那些根深蒂固的信念……”“辩论就这样夜以继日地进行了若干个小时而没有达成任何一致的意见。过了两天，薛定谔生病了，……不得不卧床休息。玻尔夫人照料他，给他端茶送水，而玻尔则坐在床边，并且认真地对薛定谔说：‘但是你肯定必须理解……”但在此次讨论后薛定谔的观点发生了一定的变化，他开始批判性的接受哥本哈根学派的观点。与阿尔伯特·爱因斯坦不同的是薛定谔对于统计性理论并没有提出尖锐的反对意见，而是就波函数的意义展开讨论，他不愿放弃的连续性。对于海森堡的不确定原理的正确性薛定谔很少有质疑，而对他的解释则始终不认同，他更倾向于使用它去抨击跃迁与粒子概念。相比哥本哈根诠释，薛定谔对于隐变量解释表现出了更大的不满。1926年9月，薛定谔从哥本哈根回到苏黎世，他在给玻尔的感谢信中重申了自己的观点，他说：“即使一百次尝试都已失败，也不应该放弃到达目标的希望，我不是说通过经典图景，而是说通过关于空时事件之真实本性的一些逻辑自恰的观念来达到目标，这很有希望是可能的。”1928年5月，薛定谔在给玻尔的信中又提出了进一步的建议，他说，“我认为特别迫切的是要引入对它们来说这些限制（不确定关系）应该不再适用的一些新概念，因为在原理上不可观察的东西根本不应该包括在我们的概念体系中……然而创立这个新的概念体系无疑将是非常困难的，新的设计要求触及我们经验的最深层：空间、时间和因果性。”而在1931年3月12日，他向柏林科学院提交了一篇论文，此文中他首次提出了薛定谔方程与扩散方程的类似性，这一理论后来发展为量子力学的随机诠释。总的说来，在这段时间内，薛定谔有接受哥本哈根派学说的倾向，但并没有放弃对物理实在的追求，思想处于动荡阶段。
薛定谔与阿尔伯特·爱因斯坦一道,在关于量子理论的解释这一学术论战中充分发挥他的理论观点.为了说明情况,构造一个几乎是讽刺的例子,薛定谔提出了"猫悖论".假设一只猫被关在了包括下述"痛苦装置"的盒子,猫自己不能操纵这个装置.一个带有很少放射性物质的盖革计数器放在盒子里,这样一小时中或许有一个原子衰变,则计数器反应并通过一个继电器扳动一个小锤,打碎氰化物小瓶.人们让这个系统放上一小时后,猫可能还是活着的,如果这中间没有原子衰变,而第一个原子衰变将把猫毒死.这个实验的目的是通过一个理想实验把微观状态(原子衰变)同宏观状态(猫的死活)联系起来,从而得出猫的死活这样的宏观状态也不确定,有待于我们的观察的结论.而这样的结论显然相悖于我们的日常生活经验和实在观念,因而说明量子力学对实在的描述不完备.而他的立场已经发生了一定的改变，即他不再认为波函数是对实在的描述，但阿尔伯特·爱因斯坦似乎并没有意识并理解到这一点，直到薛定谔写信详细阐述了自己的观点。而直到30年代末，薛定谔才正式的认同了理论不是对客观自然的描述而是一个相关联的模型，这一转变即是他的后现代转变。阿尔伯特·爱因斯坦对这一悖论非常赞赏,在1939年8月和1950年12月两次给薛定谔的信中,都称之为揭示了量子力学描述实在的不完备性的最巧妙的办法,并提出应当进一步发展完备的描述.薛定谔提出的猫悖论,又一次表明了他对量子力学诠释问题的关注,也又一次证实了他反对正统诠释的执着.他的这种执着使他后来在物理学家中十分孤立.第二次世界大战中止了关于量子力学诠释问题的论战,但当50年代论战再起,薛定谔又发表了"波动力学的意义","有没有量子跃迁","基本粒子是什么","我们的物质图像"等一系列文章,表现了他作为一个科学家对信念的彻底性和坚定性.
六,生命是什么
薛定谔是一个典型的书斋里的学者,他只把自己关在学术的象牙塔里,但是他的人格使他在政治上有基本的准则,即保持人的平等,自由和尊严,保持探讨科学问题所必需的宽松和民主的环境,这对于人的生存和科学的发展是不可剥夺的.而1933年希特勒上台后,肆意践踏民主,疯狂发展垄断资本和军备生产,实行法西斯奴化教育,残酷迫害不愿屈服和顺从他们的知识分子,尤其是犹太血统的知识分子,整个社会生活包括学校教育开始纳粹化.在大学校园和科研机构里,犹太血统的科学家纷纷被勒令停止授课,工作,遭到解雇.阿尔伯特·爱因斯坦首当其冲成为迫害的目标,他主动辞去各种职务以示抗议纳粹暴行,并被普鲁士科学院开除.一大批著名科学家因不属于"纯雅利安人"而被剥夺继续学术研究的权利.
薛定谔在柏林的美好年代结束了,1933年11月,他借口休假离开了德意志帝国,来到牛津大学.事实上在这一年的春天，牛津大学的林德曼教授曾到德意志帝国去寻找犹太籍物理学家并邀请到牛津工作，但此时他却惊喜地发现了薛定谔对此很感兴趣。在夏季学期结束后薛定谔提交了辞职报告（德意志帝国方面一直不承认辞职信的存在，而当得知他获得诺贝尔奖后则断然否认了信的存在。）后离开，11月，他离开柏林大学开着小宝马车到布鲁塞尔后到达牛津大学。在牛津,他接到了一个令人振奋的好消息,"因为发现原子结构的新的富有成效的形式",他与另一名科学家狄拉克一道被授予1933年诺贝尔物理学奖.他终于摘取了这项世人仰慕的最高科学大奖,他的工作赢得了国际科学界的普遍承认和尊敬.消息传来,不仅薛定谔本人非常高兴,奥地利国内舆论欢欣鼓舞,纷纷报道,这是奥地利的荣誉,薛定谔为自己的祖国第二次赢得了诺贝尔物理学奖.同年12月12日,在斯得哥尔摩的领奖仪式上,薛定谔发表了题为"波动力学的基本思想"的获奖演讲,在简略地介绍了自己的传略后,他从光学思想史入手,分析和论证了其理论的实质,他的演讲再次显示出他对思想史的熟识喜爱和他的通俗生动的文学风格,使听众大为折服.
1936年,薛定谔收到奥地利格拉茨大学邀请,思乡之情使他忘记了应有的谨慎回到祖国.但两年后,德意志帝国吞并奥地利,薛定谔立即遇到了麻烦,纳粹党徒并没有忘记他从德意志帝国的不辞而别，尽管薛定谔为自由而违心写信表示拥护希特勒的纳粹政策,但1938年8月26日,薛定谔仍被纳粹以“政治上不可靠”从格拉茨的教职上解雇。他到普林斯顿大学进行了演讲，但没有接受终身教授的职务，随后他又到比利时的根特大学进行了几场演讲。他在学术界的朋友们十分关心他的处境,纷纷向他伸出援助之手.1939年9月1日,法西斯德意志帝国闪击波兰,第二次世界大战爆发,薛定谔更加陷入困境,瓦勒拉通过外交途径为薛定谔准备了一张24小时内有效的安全通行证,使薛定谔于10月5日安全到达爱尔兰的首都都柏林,开始了在那儿长达17年的侨居生活,并开始了他生命旅途中最后一段富有创造性的征程.
1941年,都柏林高等研究院正式开学,薛定谔担任理论物理部主任.高等研究院内学术空气生动活跃,讲习班云集了来自各国的物理学家,成为战时条件下探讨各种物理问题的颇负盛名的非正式会议.而波恩，狄拉克，德拜也多次与会讨论。这一时期,他致力于推广阿尔伯特·爱因斯坦的引力理论为统一场论,致力于时空结构和宇宙学研究.早在1940年,他就希望在非对称联络基础上建立可综合引力,电磁和核三种相互作用的一种统一场论，1947年，他一度认为已经推广了广义相对论并完成了引力与电磁力的统一，但事实上他与阿尔伯特·爱因斯坦一样没有获得成功.他力图把波动力学应用于宇宙学中,这些方面的研究,集中反映在《时空结构》和《膨胀着的宇宙》两本书中.他从不期望获得场方程的类粒子解，而是一条发现整数性，理解量子力学平面波的道路。他坚信二次量子化与量子场论，并进一步形成了粒子与连续性的理解。他认为粒子是整个宇宙的波动模型，在边界限定的宇宙中所发生的波动或振动现象是事物之间相互作用的基本模型，他曾说阿尔伯特·爱因斯坦的有限宇宙本身是自然的和无边的盒子，通过振动模型的分立而自然的产生了原子论。而实验发生的环境本来就由宇宙决定，在这里他一向青睐的整体论具有巨大优势。他坚信量子场论是一种合理的代数模型。他借助宇宙的有界性而提出了边界值的思想，并认为物质与时空形成了一个统一的整体。这一时期他关于波动形成了新的思想，并运用于统一场中。同时他继续保持对量子力学和统计力学的兴趣,并于1946年完成了《统计热力学》.1943年2月薛定谔在爱尔兰都柏林三一学院作了一系列讲演并于1944年整理出版了一本著作《生命是什么》。在这本书中，他提出了三个著名的观点：(1)生命是非平衡系统并以负熵为生。(2)遗传物质是一种有机分子，遗传是以密码的形式通过染色体来传递的，而这种密码是由复杂的化学物质的空间排列体现的。(3)生命体系中存在量子跃迁现象，生命及遗传的稳定性与辐射下的变异说明了生命遵循量子规律。
薛定谔广博的知识和充沛的创造力是惊人的.在他的专业领域内,他先后发表了5本专著和不下150篇论文,其范围几乎覆盖了所有理论物理学前沿;而在专业领域之外,他除了在生物学发展中的重要贡献《生命是什么》和文学上的造诣结晶《诗集》之外,还发表了一系列哲学论著,内容涉及许多哲学上的重大课题,他确实近乎于一位"百科全书式"的学者.薛定谔始终对哲学抱有浓厚的兴趣,这点早在他的学生时代及在维也纳工作时期就表现出来了.与普朗克和阿尔伯特·爱因斯坦一样,薛定谔是一位关于外部世界的实在论者,并坚持人类认识的目的在于获得关于外部世界的真实知识,理解它的本质和规律.他认为问题并不仅仅在于我们能否说明观察现象,而在于"实在的物理世界".他坚持哲学探索对科学研究的意义,认为哲学是人类普遍知识和特殊知识必不可少的基础,他的哲学思想也确实几乎始终贯穿于他的科学探索中.他说过:"科学是哲学的继续,只是手段不同",并承认,这种"自然哲学"式的热情在自己身上延续下来,给以后的生命历程许多鼓舞.实在论思想是薛定谔全部科学哲学的前提,他提出了两条基本原理:一是自然的可理解性原理,二是客观化原理,它们反映了薛定谔科学世界观的特征,也是他的科学方法论的基础.马赫认为，自然科学的目的就是对观察到的事实做出一个完备的和经济的描述，除此之外，它不能给出任何解释，也不能获得任何东西。薛定谔认为这种观点过于简单。自然界的现象之间肯定存在联系，而且我们能够掌握它们，这就是“自然的可理解性”.他认为马赫常常用夸张的手法关注一些细枝末节，没有从整体上理解前人的思想。在他看来，这样的“怀疑主义是廉价和贫瘠的东西。”“一个比前人更接近真理并清楚地认识到其智力构建的局限性的人所具有的怀疑主义才是重要而富有成果的。”而这恰恰是薛定谔对古希腊哲学情有独钟的原因之一。薛定谔认为，自然科学与其他方面的知识居于同等地位，科学给予我周围世界的图像是非常欠缺的。它提供了大量的只叙述事实的信息，将我们的一切经验都放置在一个严密的秩序之中，这个秩序固然宏伟，但它对于一切真正接近我们心灵、对我们真正具有重要意义的事物，则是可怕地缄默。他怀疑科学和技术的突飞猛进能增加人类的幸福。而他的这种观点也使得在国际能源（原子能）大会邀请他作为奥地利代表做一个关于原子能的报告的要求被他拒绝，而最终他做了一个关于科学哲学的报告。
七,奥地利的骄傲
薛定谔在都柏林度过了整整17年的漫长岁月,这也是他生命历程中最长的一段侨居生涯.但即使如此,他始终保持着自己的国籍,保持着自己对祖国的一片浓浓的真情.同样,祖国和人民也没有忘记薛定谔,也始终关怀着曾带给他们崇高荣誉的这位科学巨匠,一代天骄.第二次世界大战结束后不久,奥地利有关方面就试图说服薛定谔返回家乡,甚至连伦纳总统也于1946年出面劝说,但薛定谔的民族感情使他不愿回到当时按规定由苏联军队占领下的维也纳.在此后的岁月里,他和妻子常去他们酷爱的奥地利蒂罗尔山区游览,他们的满腔乡恋得以溶化在饱览祖国山河秀丽风光的喜悦中.直到1956年,苏,美,英,法四国占领军已全部撤走后,薛定谔才决定返回他朝思暮想的故乡,担任了维也纳大学理论物理学名誉教授的特别职位.尽管他已年届七十,到了通常的退休年龄,他仍然坚持又授课一年.在常人看来，薛定谔是一个非常古怪的人。他在政治上非常迀阔，甚至可说是极为幼稚。在经济方面又显得过于“深思熟虑”。他对爱情有着崇高的理想，但在实际的情爱生活中却又非常世故。总之，在旁人看来是相互冲突的特征，竟能在他身上和谐地统一起来。他的谦逊和学究气，再加上南德意志人的热情和固执，构成了他多舛的命运。他从来没有刻意把自己打扮成别人喜爱的样子。他是一个远离沽名钓誉的典范。按照狄拉克的话来说，薛定谔是一个不从习俗的人：“当他去布鲁塞尔参加索尔维会议时，他会从火车站步行到代表们住宿的旅馆，背着他那装着全部行李的帆布背包，看上去活像一个流浪乞丐。难怪他在得到一间住房之前，在接待处前先得经过那么多的盘问。”薛定谔是个激情化的人，很有诗人气质。正是普朗克、阿尔伯特·爱因斯坦、玻尔的旧量子理论山穷水尽的绝望境地激发了他天才的灵感。精神上的压力，特别是由于热恋而产生的心理压力也有助于而不是妨碍他科学上的创造性。薛定谔在现代物理学的众多缔造者中具有最复杂的人格特征。他激进地反对非正义，然而却对任何政治活动都嗤之以鼻；他藐视浮华炫耀，然而面对荣誉和奖牌却像孩子般地开心；他所沉溺其中的吠檀多观点认为每个人都是其他人的组成部分，然而他对任何与他人合作形式却都避之不及；他的思想致力于精密的推理，然而他的秉性却像首席女演员般善变；他自称是个无神论者，然而却总是使用宗教符号，并且认为自身的科学工作是在向神性靠拢。他曾对一个朋友说道：“我不想让人觉得妄自尊大，但是我认为当我被艺术学院拒绝时，这世界的确失去了人才。”薛定谔在晚年登上了荣誉的巅峰.他的祖国授予他大量的荣誉以致褒奖和谢忱.他刚回国就获得维也纳城市奖,政府设立了以他的名字命名,由奥地利科学院颁发的奖金,他是第一名获奖者.1957年他又荣获奥地利艺术和科学勋章,联邦德意志帝国高级荣誉勋章.薛定谔曾写道:"奥地利在各方面都给我以慷慨的款待,这样,我的学术生涯将荣幸地终止在它由之开始的同一个物理学院."1957年,薛定谔幸免于一次危及生命的重病,但从此再也没有完全恢复健康.他继续从事着力所能及,不致过于劳累的工作,而他的思想仍同过去一样活跃和清晰，依然继续进行量子力学基础，统一场理论以及介子物理方面的研究.甚至在他不得不去蒂罗尔山区疗养的期间,1960年10月,他仍在与玻恩通信,仍没有停止他那无穷尽的探索.在其逝世前几周给玻恩的最后一封信中,薛定谔仍然以其常有的激昂态度同玻恩就量子力学问题进行争论,他写道:"麦克斯,你知道,我是很喜欢你的,在这一点上是不能有什么改变的.但请允许我好好地训你一顿.因此,你听着……"玻恩就此指出:"在我们通信来往的许多年里,经常是这样:粗鲁和亲切混杂在一起,最激烈地交换意见;但始终没有委屈之感."1961年1月4日晚19时,薛定谔因肺病在妻子身边闭上了他一生探索世界,寻找科学真理的眼睛.他的智慧的头脑在长途跋涉之后永远地休息下来.
著名言论:
一群专家在一个狭窄的领域所取得的鼓励的知识，其本身是没有任何价值的，只有当他与其他所有的知识综合起来，并且有助于整个综合知识体系回答‘我们是谁?’这个问题时，它才真正具有价值。我认为科学是我们致力于回答一个包容了所有其他问题的重大哲学问题，即我们是谁这一整体中的一部分。
即使一百次尝试都已失败，也不应该放弃到达目标的希望。要敢于坚持对真理的信仰。
要敏锐地注意到，你的特殊专业在人类生活的悲喜剧的舞台上所扮演的角色;要联系生活，不仅要联系实际的生活，而且要联系生活的理想背景，这一点通常显得更为重要。同时，还要使自己紧跟时代。如果你不能最终告诉别人你一直在做什么，那么，你的研究也就一文不值。
我们的任务不是去发现一些别人还没有发现的东西，而是针对所有人都看见的东西做一些从未有过的思考。
怀疑主义是廉价又贫瘠的东西。一个比前人更接近真理并清楚地认识到其智力构建的局限性的人所具有的怀疑主义才是重要而富有成果的。这种怀疑主义只是成倍增加某种发现的价值，而不会降低它的价值。
受过教育的人中，大多数对科学都不感兴趣，也不知道科学知识是形成人类生活理想主义背景的一部分。在对“科学究竟是什么”全然无知的前提下，许多人认为科学的任务就是发现新机器，或者是帮助人们发明新机器，以便改善我们的生活条件。他们会把这些事情留给专家来做，就像让管道工来修理他们的水管一样。如果让持有这样观点的人为我们的孩子选择学习课程，其结果必然是可悲的。
如果缺乏彼此间的相互理解，教育就无法对那些我们负有责任的孩子产生持久的影响。
我们热切地想知道自己从哪里来到何处去，但唯一可观察的只有身处的这个环境。这就是为什么我们如此急切地竭尽全力去寻找答案。这就是科学、学问和知识，这就是所有精神追求的真正源泉。
量子物理学与自由意志问题没有任何联系。如果存在自由意志这样的问题，那么物理学最新的发展也不会对它有丝毫促进。
