玻恩

玻恩

　　玻恩于1882年12月11日出生于德国普鲁士的布雷斯劳（今波兰城市弗罗茨瓦夫）一个犹太人家庭，父亲是布雷斯劳大学的解剖学和胚胎学教授。小时受父亲影响，喜欢摆弄仪器和参加科学讨论。

　　1901年进入布雷斯劳大学。后来到海德堡大学和苏黎士大学求学。1905年慕名进入哥廷根大学听D．希耳伯特、H．闵可夫斯基等数学、物理学大师讲学。1907年在哥廷根大学通过博士考试，导师是希尔伯特。此后前往剑桥大学跟随拉默尔和约瑟夫·汤姆孙学习了一段时间。1908年至1909年回到布雷斯劳学习相对论。闵可夫斯基曾邀请他去哥廷根与他共事，但是此后不久的1909年冬天闵可夫斯基便去世了，玻恩受命继续闵可夫斯基在物理领域的研究工作。玻恩在1909年获得大学任教资格，先是在哥廷根大学受聘为无薪金讲师，1912年接受迈克尔逊的邀请前往芝加哥教授相对论，并与迈克尔逊合作完成了一些光栅光谱实验。此外，玻恩对固体理论进行过比较系统的研究，1912年和冯·卡尔曼一起撰写了一篇有关晶体振动能谱的论文，他们的这项成果早于劳厄（1879—1960）用实验确定晶格结构的工作。

　　1913年8月2日玻恩与爱伦伯格（H. Ehrenberg）结婚。他们都是路德教教徒，有三个孩子。那时玻恩喜好的消遣活动是长途徒步旅行和音乐。

　　1915年玻恩去柏林大学任理论物理学教授，并在那里与普朗克、爱因斯坦和能斯特并肩工作，玻恩与爱因斯坦结下了深厚的友谊，即使是在爱因斯坦对玻恩的量子理论持怀疑态度的时候，他们之间的书信见证了量子力学开创的历史，后来被整理成书出版。玻恩在柏林大学期间，曾加入德国陆军，负责研究声波理论和原子晶格理论，并于1915年发表了他的第一本书《晶格动力学》（Dynamik der Kristallgitter），该书总结了他在哥廷根开始的一系列研究成果。

　　1919年第一次世界大战结束后，玻恩转去法兰克福大学任教并领导一个实验室，他的助手奥托·施特恩后来也获得了诺贝尔物理学奖。1921年至1933年玻恩与好友夫兰克一同回到哥廷根大学任教授，主要的工作先是晶格研究，然后是量子力学理论。他在哥廷根费米、狄拉克、奥本海默和玛丽亚·格佩特-梅耶等一大批物理学家合作。1925年至1926年与泡利、海森堡和帕斯库尔·约尔丹（Pascual Jordan）一起发展了现代量子力学（矩阵力学）的大部分理论。1926年又发表了他自己的研究成果玻恩概率诠释（波函数的概率诠释），后来成为著名的“哥本哈根解释”。

　　卢瑟福-玻尔的原子行星模型和玻尔关于电子能级的假设（其中把普朗克的量子概念与原子光谱联系起来了）曾被用来解释后来知道的一些数据和现象，但只取得了一些微不足道的成功。在物理理论从经典向现代过渡的这一时期（约在1923年前后），泡利和海森堡都在哥廷根大学做玻恩的助手。德布罗意在1924年巴黎的论文中提出电子与一组波相联系。海森堡在他的“测不准原理”中，表明了经典力学规律不适用于亚原子粒子，因为不能同时知道这些粒子的位置和速度。

　　玻恩以此为起点对这一问题进行了研究，他系统地提出了一种理论体系，在其中把德布罗意的电子波认为是电子出现的几率波。玻恩-海森堡-约当矩阵力学与薛定谔发展起来的波动力学的数学表述不同，狄拉克证明了这两种理论体系是等效的并可相互转换。今天，我们把它称为量子力学。

　　1933年纳粹上台后，玻恩由于是犹太人血统而被停职，并与当时许多德国科学家一样被迫移居国外。移居英国后，1934年起受邀在剑桥大学任教授，这段时间的主要研究集中在非线性光学，并与利奥波德·因费尔德（Leopold Infeld）一起提出了玻恩-因费尔德理论。1935年冬天，玻恩在印度班加罗尔的印度科学研究所呆了6个月，与C·V·喇曼共事。1936年前往爱丁堡大学任教直到1953年退休。1936年被纳粹剥夺德国国籍。

　　玻恩很想把量子力学和相对论统一起来，因此他于1938年提出了他的倒易理论：物理学的基本定律在从坐标表象变换到动量表象时是不变的。1939年玻恩加入英国国籍。这时他仍继续从事爱因斯坦和英费尔德（Infeld）曾探索过的统一场论的研究。

　　1953年，玻恩退休后居住在巴德派尔蒙特，这是位于哥廷根附近的一个旅游胜地。1953年6月28日玻恩成为哥廷根的荣誉市民。1954年由于在量子力学和波函数的统计解释及研究方面的贡献，与瓦尔特·博特共同获得诺贝尔物理学奖。他最后一本关于晶体的书是1954年完成的（与我国物理学家黄昆合作完成）。除了在物理领域的杰出研究外，玻恩还是“哥廷根十八人”（德语：Göttinger Achtzehn）之一，《哥廷根宣言》的签署人，旨在反对德国联邦国防军使用原子武器装备。

　　1970年1月5日，玻恩在哥廷根逝世。
 

玻恩等人

　　尼尔斯·玻尔是丹麦物理学家，哥本哈根学派的创始人，曾获得诺贝尔物理学奖。他提出了玻尔模型来解释氢原子光谱，提出互补原理和哥本哈根诠释来解释量子力学，对20世纪物理学的发展有着巨大影响。

　　马克斯·玻恩则是德国犹太裔理论物理学家，被称作量子力学奠基人之一，也是诺贝尔物理学奖得主。他创立矩阵力学、解释对波函数、开创晶格动力学等，尤其是对波函数的统计学诠释贡献最大。
 

　　创立矩阵力学

　　1920年以后，玻恩对原子结构和它的理论进行了长期而系统的研究。那时，卢瑟福-玻尔的原子模型和有关电子能级的假设遇到了许多困难。因此，法国物理学家德布罗意于1924年提出了物质波假设，认为电子等微观粒子既有粒子性，也有波动性。1926年奥地利物理学家薛定谔（1887—1961）创立了波动力学。同时，玻恩和海森伯、约尔丹等人用矩阵这一数学工具，研究原子系统的规律，创立了矩阵力学，这个理论解决了旧量子论不能解决的有关原子理论的问题。后来证明矩阵力学和波动力学是同一理论的不同形式，统称为量子力学。因此，玻恩是量子力学的创始人之一。

　　解释对波函数

　　为了描述原子系统的运动规律，薛定谔提出了波函数所遵循的运动方程——薛定谔方程。但是，波函数和各种物理现象的观察之间有什么关系，并没有解决。玻恩通过自己的研究对波函数的物理意义作出了统计解释，即波函数的二次方代表粒子出现的几率取得了很大的成功。从统计解释可以知道，在量度某一个物理量的时候，虽然已知几个体系处在相同的状态，但是测量结果不都是一样的，而是有一个用波函数描述的统计分布。因为这一成就，玻恩荣获了1954年度诺贝尔物理学奖。

　　开创晶格动力学

　　在他的早期生涯中，玻恩的兴趣集中在点阵力学上，这是关于固体中原子怎样结合在一起如何振动的理论。在冯·劳厄最终证明了晶体的格点结构之前，玻恩和冯·卡门（Von Karman）就在1912年发表了关于晶体振动谱的论文。玻恩以后又多次回到晶体理论的研究上，1925年玻恩写了一本关于晶体理论的书，开创了一门新学科——晶格动力学。1954年他和我国著名物理学家黄昆合著的《晶格动力学》一书，被国际学术界誉为有关理论的经典著作。

　　其他成就

　　1953年退休以后，玻恩劲头十足地研究爱因斯坦的统一场论。1959年，与沃耳夫合著了《光学原理》，至2001年已出至第七版，成为光的电磁理论方面的一部公认经典著作。玻恩还研究了流体动力学、非线性动力学等理论。

　　玻恩和富兰克（1882—1964）一起把哥廷根建成很有名望的国际理论物理研究中心。当时，只有玻尔建立的哥本哈根理论物理中心可以和它匹敌。
 

玻恩

　　在量子理论的发展历程中，玻恩属于量子的革命派，他是旧量子理论的摧毁者，他认为旧量子论本身内在矛盾是根本性的，为公理化的方法所不容，构造特性架设的办法只是权宜之计，新量子论必须另起炉灶，用公理化方法从根本上解决问题。 玻恩先后培养了两位诺贝尔物理学奖获得者：海森堡（1932年获诺贝尔物理学奖）；泡利（因为提出不相容原理获1945年的诺贝尔物理学奖）。不过，玻恩似乎没有他的学生幸运，他对量子力学的几率解释受到了包括爱因斯坦、普朗克等很多伟大的科学家的反对，直到1954年才获诺贝尔物理学奖。