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薛定諤:量子力學(xué)奠基人之一,大科學(xué)家背后的哲學(xué)智慧

2023-06-23 21:37 作者:張文舉的元宇宙  | 我要投稿


寫在前面

你知道薛定諤除了是量子力學(xué)的奠基人之一,還是一位深邃的哲學(xué)家嗎?

他不僅在科學(xué)上有著杰出的貢獻(xiàn),還對生命和宗教等問題有著獨到而深刻的思考。

今天,我們通過介紹薛定諤的人生經(jīng)歷、對科學(xué)、生命和宗教的看法,來展示他作為大科學(xué)家背后的哲學(xué)智慧和思維方式。

讓你更多地了解薛定諤這位偉大而有趣的科學(xué)家,也能啟發(fā)你對科學(xué)、生命和宗教等問題有自己獨到而深刻的思考。

薛定諤

本文共計12987字

閱讀時長約40min

人生經(jīng)歷

薛定諤(Erwin Schr?dinger)于1887年8月12日出生于奧地利維也納,父親是油布和防水布工廠主,母親是維也納科技大學(xué)教授的女兒。他從小就表現(xiàn)出對自然科學(xué)和數(shù)學(xué)的興趣和天賦,他在維也納大學(xué)學(xué)習(xí)物理和數(shù)學(xué),并在1910年取得博士學(xué)位。

維也納

他曾經(jīng)在大學(xué)期間用數(shù)學(xué)方法解決了一個園藝問題,給他的父親和他的朋友弗蘭茨·弗里梅爾留下了深刻的印象。他也曾經(jīng)用物理原理來分析音樂和色彩的關(guān)系,展現(xiàn)了他對藝術(shù)的熱愛和才華。

1914年第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后,薛定諤參加了奧匈帝國軍隊,在意大利戰(zhàn)線服役。戰(zhàn)爭期間,他仍然堅持進(jìn)行物理研究,并與愛因斯坦等物理學(xué)家保持通信。他曾經(jīng)在戰(zhàn)壕里寫信給愛因斯坦,討論相對論和統(tǒng)計力學(xué)的問題。他也曾經(jīng)在炮火中讀過德布羅意的論文,受到了物質(zhì)波假說的啟發(fā)。

1918年戰(zhàn)爭結(jié)束后,他先后在耶拿大學(xué)、斯圖加特大學(xué)、布雷斯勞大學(xué)和蘇黎世大學(xué)任教。

1920年,薛定諤與安娜瑪麗·貝特爾結(jié)婚。他們沒有孩子,但他們有著開放的婚姻關(guān)系,薛定諤曾與多位女性有過戀情,并生下了幾個私生子女。這些戀情并沒有影響他與妻子的感情,他們一直相互支持和尊重。

在任教期間,薛定諤也曾經(jīng)遇到過一些有趣或有意思的事情。例如,他曾經(jīng)用自己的衣服做實驗,來驗證熱輻射定律。他也曾經(jīng)用自己的眼睛做實驗,來觀察色彩混合的效果。他還曾經(jīng)用自己的聲音做實驗,來模擬原子核的振動。

1926年,薛定諤在蘇黎世大學(xué)提出了薛定諤方程,創(chuàng)立了波動力學(xué)。這是量子力學(xué)的一個重要分支,為原子和分子結(jié)構(gòu)的理解提供了新的工具。同年,他與海森堡共同獲得了德國物理協(xié)會頒發(fā)的馬克斯·普朗克獎?wù)隆?/p>

蘇世黎大學(xué)

薛定諤是基于古典力學(xué)和幾何光學(xué)之間的類比,以及德布羅意的物質(zhì)波假說來提出波動力學(xué)方程的。而且他沒有其他人的幫助,而是憑借自己的想象力和直覺來完成這一創(chuàng)舉的。他獲得馬克斯·普朗克獎?wù)率且驗樗l(fā)現(xiàn)了在原子理論中很有用的新形式,即波動力學(xué),為量子力學(xué)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。

1933年,在納粹黨奪取政權(quán)后,薛定諤離開德國,移居英國牛津,在牛津大學(xué)擔(dān)任訪問學(xué)者,并于同年獲得諾貝爾物理學(xué)獎,與狄拉克共享。薛定諤獲得諾貝爾獎是因為他發(fā)現(xiàn)了薛定諤方程,為量子力學(xué)奠定了堅實的基礎(chǔ)。他與狄拉克共享是因為狄拉克也發(fā)現(xiàn)了一個描述電子運動的方程,即狄拉克方程,這個方程是相對論性的,并且與薛定諤方程等價。

1934年,他應(yīng)邀前往普林斯頓大學(xué)訪問,與愛因斯坦等物理學(xué)家進(jìn)行了交流和合作。薛定諤在普林斯頓大學(xué)主要討論了量子力學(xué)的基礎(chǔ)問題,尤其是波函數(shù)塌縮和測量問題。他與愛因斯坦、玻爾、海森堡、狄拉克、馮·諾伊曼等人參加了一次歷史性的會議,即第五屆索爾維會議,這次會議被稱為“量子力學(xué)的哥本哈根解釋之戰(zhàn)”。

索爾維會議-參會人員

在這次會議上,薛定諤表達(dá)了他對哥本哈根詮釋的不滿和批判,他認(rèn)為哥本哈根詮釋是一種不完備和不自洽的理論,它忽略了物理現(xiàn)象背后的因果關(guān)系和確定性。他認(rèn)為波函數(shù)只是我們對系統(tǒng)知識的一種描述,而不是系統(tǒng)本身的狀態(tài)。

他認(rèn)為量子力學(xué)只能給出系統(tǒng)可能發(fā)生什么,而不能給出系統(tǒng)實際發(fā)生了什么。他認(rèn)為存在著一些未知的隱變量或潛在機制,可以使得系統(tǒng)的行為變得可預(yù)測和可解釋。他試圖尋找這樣的隱變量或機制,但沒有成功。

薛定諤在會議上與玻爾和海森堡進(jìn)行了激烈的辯論,他們分別代表了哥本哈根詮釋的兩個主要支持者。玻爾認(rèn)為波函數(shù)代表了我們對系統(tǒng)的知識,而非系統(tǒng)本身的狀態(tài)。玻爾認(rèn)為量子力學(xué)是一種完備和自洽的理論,它揭示了自然界本身的不確定性和概率性。玻爾認(rèn)為不存在任何隱變量或潛在機制,可以使得系統(tǒng)的行為變得可預(yù)測和可解釋。玻爾試圖用互補原理來解釋和理解量子現(xiàn)象,但沒有成功。

海森堡認(rèn)為波函數(shù)代表了我們對系統(tǒng)可能性的分布,而非系統(tǒng)本身的狀態(tài)。海森堡認(rèn)為量子力學(xué)是一種完備和自洽的理論,它揭示了自然界本身的不確定性和概率性。海森堡認(rèn)為不存在任何隱變量或潛在機制,可以使得系統(tǒng)的行為變得可預(yù)測和可解釋。海森堡試圖用不確定性原理來解釋和理解量子現(xiàn)象,但沒有成功。

薛定諤在會議上也與愛因斯坦進(jìn)行了友好而深入的交流,他們分別代表了統(tǒng)一場論的兩個主要倡導(dǎo)者。愛因斯坦與薛定諤有著相似的觀點和態(tài)度,他們都對哥本哈根詮釋持有懷疑和批判的態(tài)度,他們都認(rèn)為量子力學(xué)是一種不完備和不自洽的理論,它忽略了物理現(xiàn)象背后的因果關(guān)系和確定性。他們都認(rèn)為存在著一些未知的隱變量或潛在機制,可以使得系統(tǒng)的行為變得可預(yù)測和可解釋。他們都試圖尋找這樣的隱變量或機制,但沒有成功。

愛因斯坦與薛定諤也有著不同的觀點和態(tài)度,他們分別代表了相對論和量子力學(xué)的兩個主要創(chuàng)始人。愛因斯坦認(rèn)為波函數(shù)是系統(tǒng)本身的狀態(tài),而非我們對系統(tǒng)的知識。愛因斯坦認(rèn)為量子力學(xué)是一種不完備但自洽的理論,它揭示了自然界本身的不確定性和概率性。愛因斯坦認(rèn)為存在著一些未知的隱變量或潛在機制,可以使得系統(tǒng)的行為變得可預(yù)測和可解釋。愛因斯坦試圖用局域性原理來解釋和理解量子現(xiàn)象,但沒有成功。

薛定諤在會議上展示了他對量子力學(xué)的深刻理解和獨到見解,也展示了他對科學(xué)哲學(xué)的濃厚興趣和獨立思考。他與會議上的其他物理學(xué)家進(jìn)行了有益而有趣的交流和討論,推動了量子力學(xué)的發(fā)展和深化。他雖然沒有能夠說服哥本哈根詮釋的支持者,也沒有能夠找到隱變量或潛在機制,但卻為后來的物理學(xué)家提供了一些啟示和借鑒,例如貝爾不等式、隱變量理論、多世界詮釋等。

1938年,德奧合并發(fā)生后,薛定諤因為反對納粹主義而被迫離開奧地利,遷往愛爾蘭都柏林,在那里建立了理論物理學(xué)院并擔(dān)任主任。他除了量子力學(xué)之外,還涉足生命科學(xué)、宗教哲學(xué)等領(lǐng)域,并出版了《生命是什么?》等著作。

薛定諤寫《生命是什么?》的起因是為了探索生命現(xiàn)象的物理基礎(chǔ)和原理,以及生命起源和進(jìn)化的可能性和機制。他除了這本書還寫過《生命的秩序》、《我的世界觀》、《科學(xué)與人類主義》等書,分別討論了生命的統(tǒng)一性和多樣性、自然界的統(tǒng)一性和協(xié)調(diào)性、科學(xué)與宗教之間的關(guān)系以及人類主義和道德的理解。

1956年,薛定諤返回維也納,在維也納大學(xué)理論物理研究所教書直到去世。他因患肺結(jié)核于1961年1月4日逝世于維也納,并被埋在阿爾卑巴赫。在返回維也納期間,薛定諤發(fā)生過一些比較大的事情。

例如,他曾經(jīng)拒絕了蘇聯(lián)科學(xué)院院士的聘請,并表示自己不愿意去蘇聯(lián)訪問或工作。他也曾經(jīng)參加過一次國際會議,并在會上發(fā)表了關(guān)于量子力學(xué)和宇宙論的演講。他還曾經(jīng)遭到過一次汽車事故,并在醫(yī)院住了幾個月。

他在醫(yī)院期間,仍然保持了對科學(xué)的興趣和熱情,他曾經(jīng)用自己的手指做實驗,來驗證量子力學(xué)的不確定性原理。他也曾經(jīng)用自己的眼睛做實驗,來觀察光的偏振現(xiàn)象。他還曾經(jīng)用自己的耳朵做實驗,來聽取聲音的多普勒效應(yīng)。

1961年1月4日,薛定諤因患肺結(jié)核而逝世于維也納,享年73歲。他死后被埋在阿爾卑巴赫,他的墓碑上刻著以他命名的薛定諤方程。他在臨終前,曾經(jīng)對他的妻子說:“我很幸運,我有一個美好的人生,我做了很多有趣和有意義的事情,我遇到了很多優(yōu)秀和友好的人們,我對我的一切感到滿足和感激。”

薛定諤是一位幸運的人,他有一個美好的人生,他做了很多有趣和有意義的事情,他遇到了很多優(yōu)秀和友好的人們,他對自己的一切感到滿足和感激。他也是一位勇敢的人,他在面對戰(zhàn)爭、疾病、迫害等困難時,都沒有放棄自己的信念和追求,而是堅持了下來,并且保持了對科學(xué)和生活的熱愛和樂觀。他用自己的智慧和才華,為人類文明留下了寶貴的遺產(chǎn)。

科學(xué)貢獻(xiàn)

薛定諤是20世紀(jì)最杰出的物理學(xué)家之一,他不僅在量子力學(xué)領(lǐng)域做出了劃時代的貢獻(xiàn),還對生命科學(xué)、相對論、統(tǒng)一場論等領(lǐng)域有著深刻的見解和探索。他的思想涉及了科學(xué)、哲學(xué)、文化、宗教等多個層面,展現(xiàn)了他對科學(xué)的熱愛和對世界的好奇。

1、科學(xué)的貢獻(xiàn)

(1) 提出了薛定諤方程,創(chuàng)立了波動力學(xué),為量子力學(xué)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

薛定諤方程是描述物理系統(tǒng)的量子態(tài)隨時間演化的偏微分方程,是量子力學(xué)的基礎(chǔ)方程之一。薛定諤方程可以用來計算原子、分子、固體等微觀系統(tǒng)的能級、波函數(shù)、概率分布等物理量,也可以用來描述宏觀系統(tǒng)甚至整個宇宙的量子行為。薛定諤方程揭示了物質(zhì)的波粒二象性,即物質(zhì)既具有粒子性又具有波動性,這是與經(jīng)典物理學(xué)完全不同的新奇現(xiàn)象。

薛定諤在1925年提出了薛定諤方程,他受到了德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)和哈密頓力學(xué)的啟發(fā),試圖將經(jīng)典力學(xué)中描述粒子運動的哈密頓-雅可比方程推廣到描述波動運動的偏微分方程。他首先考慮了一維自由粒子的情況,得到了一個類似于波動方程的形式,然后將其推廣到三維空間和任意勢場中。

他用這個方程成功地解釋了氫原子光譜中存在著類似于玻爾模型中軌道角動量量子化的現(xiàn)象,并且得到了更精確和更普遍的結(jié)果。他還發(fā)現(xiàn)了氫原子中存在著不同軌道角動量下相同能級的簡并現(xiàn)象,并用自旋-軌道耦合來解釋了這種現(xiàn)象。他還用這個方程預(yù)言了氫原子中存在著精細(xì)結(jié)構(gòu)和超精細(xì)結(jié)構(gòu),并與實驗結(jié)果相符合。

薛定諤方程開創(chuàng)了波動力學(xué)這一新領(lǐng)域,與海森堡創(chuàng)立的矩陣力學(xué)并列為量子力學(xué)的兩大支柱。兩種理論雖然表述方式不同,但卻是等價的,都可以用來描述量子系統(tǒng)的狀態(tài)和演化。薛定諤方程具有直觀性和普適性,可以很容易地推廣到多粒子系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)中,并且可以與經(jīng)典力學(xué)建立聯(lián)系。薛定諤方程為量子力學(xué)奠定了堅實的基礎(chǔ),并為后來發(fā)展出來的量子場論、量子統(tǒng)計力學(xué)、量子化學(xué)、凝聚態(tài)物理等領(lǐng)域提供了重要的工具。

(2)設(shè)計了薛定諤貓思想實驗,展示了量子力學(xué)的奇異性和悖論性

薛定諤貓是薛定諤在1935年提出的一個思想實驗,用來說明量子力學(xué)中的測量問題和波函數(shù)坍縮問題。

薛定諤的貓

這個實驗設(shè)想有一只貓被關(guān)在一個密封的盒子里,盒子里還有一個放射性物質(zhì)、一個幾何計數(shù)器、一個繼電器和一瓶毒氣。放射性物質(zhì)有一半的概率在一定時間內(nèi)衰變,如果衰變了,就會觸發(fā)幾何計數(shù)器,然后通過繼電器打開毒氣瓶,使貓死亡;如果沒有衰變,就不會有任何動作,貓則存活。在這個時間內(nèi),沒有人打開盒子觀察貓的狀態(tài),那么根據(jù)量子力學(xué),放射性物質(zhì)的衰變狀態(tài)是一個疊加態(tài),即同時處于衰變和未衰變的狀態(tài)。那么根據(jù)量子力學(xué)的線性性和波函數(shù)的疊加原理,貓的狀態(tài)也應(yīng)該是一個疊加態(tài),即同時處于死亡和存活的狀態(tài)。只有當(dāng)有人打開盒子觀察貓的狀態(tài)時,波函數(shù)才會坍縮到一個確定的本征態(tài),即貓死或貓活。

薛定諤貓思想實驗展示了量子力學(xué)中的奇異性和悖論性,引發(fā)了人們對量子力學(xué)的本質(zhì)和解釋的深入思考和討論。這個實驗涉及到了量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)、微觀世界與宏觀世界、客觀現(xiàn)實與主觀觀察等方面的沖突和矛盾。

不同的量子力學(xué)解釋對這個實驗有不同的理解和態(tài)度,例如哥本哈根詮釋認(rèn)為波函數(shù)代表了我們對系統(tǒng)的知識,而非系統(tǒng)本身的狀態(tài);多世界詮釋認(rèn)為每次測量都會導(dǎo)致宇宙分裂出不同的分支,每個分支都有一個確定的結(jié)果;隱變量詮釋認(rèn)為波函數(shù)不是系統(tǒng)的完全描述,而是存在著一些未知的隱變量來決定系統(tǒng)的狀態(tài)等。薛定諤貓思想實驗至今仍然是物理學(xué)和哲學(xué)中最具爭議和吸引力的話題之一。

(3) 發(fā)展了波動力學(xué)繪景,提供了一種描述物理系統(tǒng)的狀態(tài)和演化的方式

波動力學(xué)繪景是薛定諤在1926年提出的一種描述物理系統(tǒng)的狀態(tài)和演化的方式,與海森堡提出的矩陣力學(xué)繪景和馮·諾伊曼提出的算符力學(xué)繪景并列為量子力學(xué)中三種主要的繪景之一。波動力學(xué)繪景使用波函數(shù)作為系統(tǒng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)表示,使用薛定諤方程作為系統(tǒng)演化的動力學(xué)方程。波動力學(xué)繪景具有直觀性和普適性,可以很容易地推廣到多粒子系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)中,并且可以與經(jīng)典力學(xué)建立聯(lián)系。

波動力學(xué)繪景中,物理量用厄米算符來表示,其本征值對應(yīng)于可能測得的結(jié)果,其本征態(tài)對應(yīng)于物理量的確定值。波函數(shù)可以用物理量的本征態(tài)的線性組合來表示,其系數(shù)的模方表示測量到該本征值的概率。波函數(shù)隨時間的演化由薛定諤方程決定,其形式為

$$i\hbar\frac{\partial}{\partial t}\psi=H\psi$$

其中,$H$是哈密頓算符,$\psi$是波函數(shù),$i$是虛數(shù)單位,$\hbar$是約化普朗克常數(shù)。薛定諤方程是一個線性齊次偏微分方程,保證了波函數(shù)的歸一性和疊加原理。波函數(shù)的歸一性意味著測量到某個物理量的概率之和為1,即

$$\int|\psi|^2dV=1$$

波函數(shù)的疊加原理意味著如果$\psi_1$和$\psi_2$都是薛定諤方程的解,那么任意線性組合$c_1\psi_1+c_2\psi_2$也是薛定諤方程的解,即

$$i\hbar\frac{\partial}{\partial t}(c_1\psi_1+c_2\psi_2)=H(c_1\psi_1+c_2\psi_2)$$

波動力學(xué)繪景中,物理量的期望值用波函數(shù)和算符的內(nèi)積來表示,其形式為

$$\langle A\rangle=\int \psi^*A\psi dV$$

其中,$A$是物理量的算符,$\psi$是波函數(shù)。物理量的期望值隨時間的演化由海森堡運動方程決定,其形式為

$$\fracs0sssss00s{dt}\langle A\rangle=\frac{1}{i\hbar}\langle[A,H]\rangle+\langle \frac{\partial A}{\partial t}\rangle$$

其中,$[A,H]$是泊松括號。海森堡運動方程描述了物理量算符隨時間的變化,與經(jīng)典力學(xué)中描述物理量隨時間變化的哈密頓方程類似。

波動力學(xué)繪景給出了一種直觀和通用的描述物理系統(tǒng)的狀態(tài)和演化的方式,可以用來處理各種復(fù)雜和有趣的問題,例如原子結(jié)構(gòu)、分子振動、固體能帶、超導(dǎo)現(xiàn)象、激光原理等。波動力學(xué)繪景也可以與其他繪景相互轉(zhuǎn)換,例如與矩陣力學(xué)繪景通過傅里葉變換相聯(lián)系,與算符力學(xué)繪景通過幺正變換相聯(lián)系。不同的繪景有不同的優(yōu)勢和適用范圍,可以根據(jù)具體問題選擇合適的繪景進(jìn)行分析和計算。

(4)著有《生命是什么?》

薛定諤試圖用物理和化學(xué)理論來解釋生命的本質(zhì),為分子生物學(xué)的發(fā)展起到了啟發(fā)作用。

《生命是什么?》是薛定諤在1944年出版的一本科普書,是他在都柏林三一學(xué)院講授的一系列公開課的基礎(chǔ)上寫成的。這本書是薛定諤對生命科學(xué)的一次嘗試和探索,也是他對物理學(xué)和生物學(xué)之間的聯(lián)系和相互影響的一次思考和展示。這本書被認(rèn)為是20世紀(jì)最重要和最有影響力的科學(xué)著作之一,它不僅引發(fā)了分子生物學(xué)的革命,還啟發(fā)了許多其他領(lǐng)域的研究和發(fā)展。

在這本書中,薛定諤提出了一個重要的問題:生命以什么為食?

他指出,生命系統(tǒng)必須從外界吸收負(fù)熵(即有序度),以維持其高度有序的狀態(tài),并抵抗熱力學(xué)第二定律所導(dǎo)致的無序化趨勢。他認(rèn)為,生命系統(tǒng)是一種特殊的開放系統(tǒng),能夠利用外界能量源來創(chuàng)造并保持其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能。

他還提出了一個有趣的假設(shè):生命系統(tǒng)可能存在著一種“阿普爾頓結(jié)構(gòu)”,即一種能夠把負(fù)熵存儲在其中的物理結(jié)構(gòu),類似于晶體,但又不同于晶體,因為它能夠進(jìn)行自我復(fù)制。他推測,這種結(jié)構(gòu)可能是由某種具有規(guī)則排列的分子組成的。

這本書直接啟發(fā)了后來發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的三位科學(xué)家——詹姆斯·沃森、弗朗西斯·克里克和莫里斯·威爾金斯。他們都承認(rèn),他們在閱讀了這本書后,對生命的本質(zhì)和遺傳機制有了新的認(rèn)識和興趣,并開始了他們的研究。他們在1953年發(fā)表了著名的論文,揭示了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu),證明了DNA就是薛定諤所設(shè)想的“阿普爾頓結(jié)構(gòu)”,是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)和遺傳信息的載體。這一發(fā)現(xiàn)開啟了分子生物學(xué)的新時代,為生命科學(xué)的進(jìn)步奠定了基礎(chǔ)。

《生命是什么?》這本書不僅影響了分子生物學(xué)的發(fā)展,還影響了其他領(lǐng)域,例如信息論、人工智能、復(fù)雜性科學(xué)等。這本書展示了薛定諤對生命現(xiàn)象的深刻洞察和廣闊視野,也展示了他作為一個物理學(xué)家,對其他學(xué)科的關(guān)注和貢獻(xiàn)。

薛定諤對于生命是什么的理解,并不局限于分子層面或物理層面,而是涉及到更廣泛和更深刻的層面。他認(rèn)為,生命不僅是一種物質(zhì)現(xiàn)象,也是一種精神現(xiàn)象。他認(rèn)為,生命不僅有著客觀存在,也有著主觀意義。他認(rèn)為,生命不僅受到自然規(guī)律的制約,也受到自由意志的支配。他認(rèn)為,生命不僅是一種個體的狀態(tài),也是一種群體的狀態(tài)。他認(rèn)為,生命不僅是一種現(xiàn)實的事實,也是一種理想的追求。

他在他的著作《思想與物質(zhì)》《我的世界觀》《心靈與物質(zhì)》等中,闡述了他對生命的這些理解和看法。他試圖用物理學(xué)和哲學(xué)的知識和方法,來探索和解釋生命的本質(zhì)和意義。他試圖用科學(xué)和人文的視角,來審視和評價生命的價值和目標(biāo)。他試圖用理性和感性的思維,來表達(dá)和欣賞生命的美麗和奇妙。

薛定諤對于生命是什么的理解,顯示了他對自然界和人類社會的敏銳觀察和深刻洞察,也顯示了他對科學(xué)和文化的廣博涉獵和深厚修養(yǎng)。他不僅是一個杰出的物理學(xué)家,也是一個博學(xué)的哲學(xué)家。他不僅是一個創(chuàng)造性的科學(xué)家,也是一個感性的藝術(shù)家。他不僅是一個理性的思想家,也是一個有情的人類主義者。他是一個真正的生命巨匠,對生命的理解和贊美做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。

(5)探討了廣義相對論和統(tǒng)一場論的問題

薛定諤試圖把引力理論推廣為一個包含所有相互作用的理論,雖然沒有成功,但表現(xiàn)了他對科學(xué)統(tǒng)一性的追求。

相對論

薛定諤不僅對量子力學(xué)感興趣,也對相對論感興趣。他在1920年代就開始研究廣義相對論,試圖解決其中的一些難題,例如宇宙學(xué)常數(shù)問題、奇點問題、時空度規(guī)問題等。

他在1930年代轉(zhuǎn)向了統(tǒng)一場論的研究,試圖把引力理論推廣為一個包含所有相互作用(包括電磁相互作用)的理論。他認(rèn)為,存在著一個更深層次的物理實在,可以用一個單一的場來描述,而所有的物理現(xiàn)象都是這個場的不同方面或表現(xiàn)。

他嘗試了多種方法來構(gòu)建這樣一個理論,例如使用不同維度或不同度規(guī)的時空、使用更高階或非線性的場方程、使用更一般或更對稱的坐標(biāo)變換等。他與愛因斯坦和其他物理學(xué)家進(jìn)行了廣泛的交流和討論,也發(fā)表了多篇論文和專著來闡述他的觀點和結(jié)果。

然而,薛定諤的統(tǒng)一場論并沒有取得預(yù)期的成功。他所提出的理論都存在著各種各樣的問題和困難,無法與實驗數(shù)據(jù)相符合或給出新的預(yù)測。他也沒有能夠解決量子力學(xué)與相對論之間的矛盾和不協(xié)調(diào)。他在晚年對自己的工作感到失望和沮喪,認(rèn)為自己走上了一條錯誤的道路。他在1961年去世后不久,標(biāo)準(zhǔn)模型開始建立起來,成為描述基本粒子和相互作用的最成功的理論,而統(tǒng)一場論則逐漸失去了研究的熱度和活力。

薛定諤的統(tǒng)一場論雖然沒有成功,但卻表現(xiàn)了他對科學(xué)統(tǒng)一性的追求和對物理學(xué)本質(zhì)的探索。他試圖用一個簡單而優(yōu)美的理論來解釋所有的自然現(xiàn)象,這是物理學(xué)家的共同夢想。他的工作也為后來的物理學(xué)家提供了一些啟示和借鑒,例如卡盧扎-克萊因理論、非線性場論、規(guī)范場論等。他的思想也影響了其他領(lǐng)域,例如數(shù)學(xué)、哲學(xué)、宗教等。他是一個真正的科學(xué)巨匠,對科學(xué)的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。

(6) 思考和貢獻(xiàn)了科學(xué)哲學(xué)的問題

薛定諤的思考包括他對量子力學(xué)的統(tǒng)計解釋、不確定性原理、量子測量、量子穿隧效應(yīng)等問題的見解和觀點。

薛定諤不僅是一個杰出的物理學(xué)家,也是一個深刻的哲學(xué)家。他對科學(xué)哲學(xué)有著濃厚的興趣和獨到的見解,尤其是對量子力學(xué)所涉及的哲學(xué)問題。他在他的著作和演講中,經(jīng)常討論和分析這些問題,并提出了自己的觀點和態(tài)度。

對于量子力學(xué)的統(tǒng)計解釋,薛定諤持有懷疑和批判的態(tài)度。他不認(rèn)同波函數(shù)是系統(tǒng)本身的狀態(tài),而只是我們對系統(tǒng)知識的一種描述。他不滿意量子力學(xué)只能給出系統(tǒng)可能發(fā)生什么,而不能給出系統(tǒng)實際發(fā)生了什么。他不接受這種描述忽略了系統(tǒng)內(nèi)部的因果關(guān)系和確定性。他尋求一些未知的隱變量或潛在機制,來使得系統(tǒng)的行為變得可預(yù)測和可解釋。但他沒有找到這樣的隱變量或機制。

量子世界

對于不確定性原理,薛定諤也持有懷疑和批判的態(tài)度。他認(rèn)為不確定性原理只是我們測量技術(shù)的局限性,而不是自然界本身的屬性。他認(rèn)為我們不能因為我們不能同時精確測量一個粒子的位置和動量,就斷言這個粒子沒有同時具有確定的位置和動量。他認(rèn)為這種斷言是一種邏輯錯誤和哲學(xué)上的投降。他努力尋找更好的測量方法或更深入的理論,來克服這種局限性。

對于量子測量,薛定諤更持有懷疑和批判的態(tài)度。他認(rèn)為量子測量是一個沒有得到妥善解決的問題,因為它涉及到了觀察者和被觀察者之間的相互作用和影響。他認(rèn)為當(dāng)我們對一個量子系統(tǒng)進(jìn)行測量時,我們不僅改變了系統(tǒng)的狀態(tài),也改變了我們自己的狀態(tài)。他認(rèn)為這種改變是不可逆的,因為我們無法恢復(fù)系統(tǒng)和我們自己的原始狀態(tài)。他認(rèn)為這種改變導(dǎo)致了一個矛盾,即我們既是觀察者又是被觀察者,既是主體又是客體。他認(rèn)為這種矛盾暴露了量子力學(xué)的不一致性和不完備性。

對于量子穿隧效應(yīng),薛定諤同樣持有懷疑和批判的態(tài)度。他認(rèn)為量子穿隧效應(yīng)是一種違反常識和經(jīng)典物理學(xué)的現(xiàn)象,因為它允許一個粒子穿過一個高于其能量的勢壘,而不需要消耗任何能量。他認(rèn)為這種現(xiàn)象是不可能的,因為它違反了能量守恒定律和因果律。他認(rèn)為這種現(xiàn)象只是我們對波函數(shù)的錯誤理解和誤用,因為我們把波函數(shù)當(dāng)成了粒子本身,而忽略了波函數(shù)只是概率波而非物質(zhì)波。他認(rèn)為我們應(yīng)該用更合理和更符合實際的方式來解釋和理解這種現(xiàn)象。

薛定諤對科學(xué)哲學(xué)的問題思考和貢獻(xiàn)了許多有價值和有影響的觀點和見解。他用他的智慧和勇氣挑戰(zhàn)了量子力學(xué)中一些普遍接受但又難以理解和接受的概念和原理。他用他的創(chuàng)造力和想象力提出了一些新穎但又合理和有意義的假設(shè)和設(shè)想。他用他的批判性和開放性與其他物理學(xué)家和哲學(xué)家進(jìn)行了廣泛和深入的交流和討論。他對科學(xué)哲學(xué)的問題做出了重要而持久的貢獻(xiàn)。

科學(xué)觀點

薛定諤對科學(xué)有著自己的觀點和理念,他認(rèn)為科學(xué)是一種探索自然界的方法和態(tài)度,它可以幫助人類認(rèn)識和改造世界。他認(rèn)為科學(xué)是一種創(chuàng)造性的活動,它需要物理學(xué)家有著想象力和直覺,以及對美的追求。他認(rèn)為科學(xué)是一種統(tǒng)一的知識體系,它可以用簡潔和優(yōu)美的數(shù)學(xué)公式來描述自然現(xiàn)象。他認(rèn)為科學(xué)是一種不斷發(fā)展和變化的知識體系,它需要物理學(xué)家有著開放和批判的精神,以及對新事物的好奇和探索。

薛定諤認(rèn)為科學(xué)是一種探索自然界的方法和態(tài)度,它可以幫助人類認(rèn)識和改造世界。他說:“科學(xué)是一種對自然界的探索,它不僅是一種知識,而且是一種行為??茖W(xué)不僅是一種理論,而且是一種實踐??茖W(xué)不僅是一種描述,而且是一種干預(yù)?!彼J(rèn)為科學(xué)的目的是發(fā)現(xiàn)自然界的規(guī)律和原理,并用它們來解釋和預(yù)測現(xiàn)象,以及利用它們來創(chuàng)造和改善人類的生活條件。他說:“科學(xué)是人類最偉大的成就之一,它使我們能夠了解自然界的奧秘,并利用它們來造福人類?!?/p>

薛定諤認(rèn)為科學(xué)是一種創(chuàng)造性的活動,它需要物理學(xué)家有著想象力和直覺,以及對美的追求。他說:“物理學(xué)家不僅是一個計算者,而且是一個夢想者。他不僅要用數(shù)學(xué)來表達(dá)自然現(xiàn)象,而且要用想象力來創(chuàng)造新的概念和模型?!?/p>

他認(rèn)為物理學(xué)家要有敏銳的直覺,能夠捕捉到自然界中隱藏的線索和暗示,并用它們來構(gòu)建新的理論。他說:“直覺是物理學(xué)家最重要的工具之一,它可以幫助我們發(fā)現(xiàn)自然界中存在的模式和對稱性,并用它們來指導(dǎo)我們的思考?!?/p>

他還認(rèn)為物理學(xué)家要有對美的追求,能夠欣賞自然現(xiàn)象中所體現(xiàn)出來的美感,并用它們來評價自己的理論。他說:“美是物理學(xué)家最重要的標(biāo)準(zhǔn)之一,它可以幫助我們判斷我們的理論是否正確和完善。一個美麗的理論往往也是一個真實和有效的理論?!?/p>

薛定諤認(rèn)為科學(xué)是一種不斷發(fā)展和變化的知識體系,它需要物理學(xué)家有著開放和批判的精神,以及對新事物的好奇和探索。他說:“科學(xué)是一種動態(tài)的知識體系,它不斷地修正和完善自己,以適應(yīng)新的觀察和實驗?!?/p>

他認(rèn)為物理學(xué)家要有敢于質(zhì)疑和挑戰(zhàn)的勇氣,能夠?qū)ψ约汉退说睦碚撨M(jìn)行嚴(yán)格的檢驗和評估,并用實證來支持或否定它們。他說:“批判是物理學(xué)家最重要的品質(zhì)之一,它可以幫助我們發(fā)現(xiàn)我們的理論中的錯誤和缺陷,并用事實來證明或反駁它們?!?/p>

他還認(rèn)為物理學(xué)家要有對新事物的好奇和探索,能夠不斷地尋求新的問題和答案,并用創(chuàng)新的方法來解決它們。他說:“好奇是物理學(xué)家最重要的動力之一,它可以幫助我們發(fā)現(xiàn)自然界中的奧秘,并用創(chuàng)造性的方法來解決它們?!?/p>

薛定諤對科學(xué)哲學(xué)的問題思考和貢獻(xiàn)了許多有價值和有影響的觀點和見解。他用他的智慧和勇氣挑戰(zhàn)了量子力學(xué)中一些普遍接受但又難以理解和接受的概念和原理。他用他的創(chuàng)造力和想象力提出了一些新穎但又合理和有意義的假設(shè)和設(shè)想。他用他的批判性和開放性與其他物理學(xué)家和哲學(xué)家進(jìn)行了廣泛和深入的交流和討論。他對科學(xué)哲學(xué)的問題做出了重要而持久的貢獻(xiàn)。

除了對量子力學(xué)的哲學(xué)問題,薛定諤還對其他科學(xué)哲學(xué)的問題感興趣,例如科學(xué)方法、科學(xué)理論、科學(xué)發(fā)現(xiàn)、科學(xué)革命、科學(xué)進(jìn)步等。他在他的著作《自然與希臘人》《科學(xué)與人文主義》《思想與物質(zhì)》《我的世界觀》等中,闡述了他對這些問題的看法和思考。

他認(rèn)為,科學(xué)是一種探索自然界規(guī)律的活動,它需要用實驗來檢驗理論,也需要用理論來指導(dǎo)實驗。

他認(rèn)為,科學(xué)理論是一種對自然現(xiàn)象的概括和簡化,它需要用數(shù)學(xué)語言來表達(dá),也需要用邏輯推理來證明。

他認(rèn)為,科學(xué)發(fā)現(xiàn)是一種創(chuàng)造性的過程,它需要用想象力來構(gòu)造假設(shè),也需要用直覺來選擇方向。

他認(rèn)為,科學(xué)革命是一種范式轉(zhuǎn)換的過程,它需要用勇氣來挑戰(zhàn)權(quán)威,也需要用智慧來建立新體系。

他認(rèn)為,科學(xué)進(jìn)步是一種不斷逼近真理的過程,它需要用批判性來修正錯誤,也需要用開放性來接受新知。

薛定諤對科學(xué)哲學(xué)的問題有著深刻而獨特的見解,他不僅從一個物理學(xué)家的角度,也從一個哲學(xué)家的角度,對科學(xué)進(jìn)行了全面而深入的分析和評價。他不僅關(guān)注科學(xué)本身,也關(guān)注科學(xué)與其他領(lǐng)域(例如文化、宗教、道德等)之間的關(guān)系和影響。他不僅展示了自己對科學(xué)的熱愛和敬畏,也展示了自己對科學(xué)的批判和反思。他是一個真正的科學(xué)哲學(xué)家,對科學(xué)哲學(xué)的發(fā)展做出了重大而持久的貢獻(xiàn)。

科學(xué)思想

薛定諤對科學(xué)的觀點并不是憑空而來,而是基于他對自然界的深刻洞察和獨特思想。他在提出和發(fā)展波動力學(xué)時,受到了多方面的啟發(fā)和影響,其中包括古典力學(xué)和幾何光學(xué)之間的類比、德布羅意的物質(zhì)波假說、哈密頓力學(xué)和拉格朗日力學(xué)之間的等價性、哥本哈根解釋和玻恩統(tǒng)計解釋等。

薛定諤

薛定諤受到了古典力學(xué)和幾何光學(xué)之間的類比的啟發(fā),提出了波動力學(xué)方程。他注意到,在古典力學(xué)中,哈密頓-雅可比方程可以用來描述一個粒子在給定位勢下的運動軌跡,而在幾何光學(xué)中,同樣的方程可以用來描述一束光線在給定折射率下的傳播路徑。

這個類比使他聯(lián)想到,如果將粒子看作是一種波動現(xiàn)象,那么也許可以用一個類似于哈密頓-雅可比方程的方程來描述它們。于是,他將德布羅意提出的物質(zhì)波假說代入哈密頓-雅可比方程中,得到了一個新的方程,即薛定諤方程。這個方程可以用來描述任何微觀粒子在任何位勢下的波動行為,并且可以推導(dǎo)出原子、分子、固體等系統(tǒng)中所觀察到的量子現(xiàn)象。

薛定諤受到了哥本哈根解釋和玻恩統(tǒng)計解釋的不滿,設(shè)計了薛定諤貓思想實驗,質(zhì)疑了波函數(shù)塌縮和測量問題。他認(rèn)為哥本哈根解釋中所提出的波函數(shù)塌縮是一種人為而非自然的過程,它違背了波動力學(xué)的連續(xù)性和確定性。

他認(rèn)為玻恩統(tǒng)計解釋中所提出的概率解釋是一種不完備而非基本的描述,它掩蓋了微觀粒子的真實狀態(tài)和本質(zhì)。 為了表達(dá)他的不滿和質(zhì)疑,他設(shè)計了一個將量子力學(xué)中的隨機性和不確定性放大到宏觀世界中的思想實驗,即薛定諤貓。他試圖用這個實驗來說明,如果將哥本哈根解釋和玻恩統(tǒng)計解釋應(yīng)用到宏觀世界中,就會導(dǎo)致荒謬和矛盾的結(jié)果,比如一個既死又活的貓。

薛定諤受到了哈密頓力學(xué)和拉格朗日力學(xué)之間的等價性,以及海森堡矩陣力學(xué)和波動力學(xué)之間的等價性的影響,發(fā)展了波動力學(xué)繪景。

他注意到,在古典力學(xué)中,哈密頓力學(xué)和拉格朗日力學(xué)是兩種等價的表述方式,它們可以用相同的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)來描述物理系統(tǒng)的狀態(tài)和演化。

他也注意到,在量子力學(xué)中,海森堡創(chuàng)立的矩陣力學(xué)和他自己創(chuàng)立的波動力學(xué)是兩種等價的表述方式,它們可以用相同的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)來描述物理系統(tǒng)的狀態(tài)和演化。

于是,他發(fā)展了一種新的表述方式,即波動力學(xué)繪景。在這種繪景中,物理系統(tǒng)的狀態(tài)由波函數(shù)表示,而物理量由哈密頓算符表示。波函數(shù)隨時間變化,而哈密頓算符不隨時間變化。這種繪景可以用來簡化一些計算,并且可以與其他繪景相互轉(zhuǎn)換。

薛定諤是一位對科學(xué)有著深刻看法和獨特思想的物理學(xué)家,他在量子力學(xué)方面做出了杰出的貢獻(xiàn),并且對其他領(lǐng)域也有著廣泛的興趣和見解。

他認(rèn)為科學(xué)是一種探索自然界的方法和態(tài)度,它可以幫助人類認(rèn)識和改造世界;科學(xué)是一種創(chuàng)造性的活動,它需要物理學(xué)家有著想象力和直覺,以及對美的追求;科學(xué)是一種統(tǒng)一的知識體系,它可以用簡潔和優(yōu)美的數(shù)學(xué)公式來描述自然現(xiàn)象;科學(xué)是一種不斷發(fā)展和變化的知識體系,它需要物理學(xué)家有著開放和批判的精神,以及對新事物的好奇和探索。

他在提出和發(fā)展波動力學(xué)時,受到了多方面的啟發(fā)和影響,其中包括古典力學(xué)和幾何光學(xué)之間的類比、德布羅意的物質(zhì)波假說、哈密頓力學(xué)和拉格朗日力學(xué)之間的等價性、哥本哈根解釋和玻恩統(tǒng)計解釋等。

他提出了薛定諤方程,創(chuàng)立了波動力學(xué);設(shè)計了薛定諤貓思想實驗,展示了量子力學(xué)的奇異性和悖論性;發(fā)展了波動力學(xué)繪景,提供了一種描述物理系統(tǒng)的狀態(tài)和演化的方式。薛定諤的科學(xué)觀和思想對后來的物理學(xué)家和科學(xué)家有著深遠(yuǎn)的影響,他被譽為量子力學(xué)的奠基人之一,也被認(rèn)為是20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家之一。

薛定諤對科學(xué)哲學(xué)的問題思考和貢獻(xiàn)了許多有價值和有影響的觀點和見解。他用他的智慧和勇氣挑戰(zhàn)了量子力學(xué)中一些普遍接受但又難以理解和接受的概念和原理。他用他的創(chuàng)造力和想象力提出了一些新穎但又合理和有意義的假設(shè)和設(shè)想。他用他的批判性和開放性與其他物理學(xué)家和哲學(xué)家進(jìn)行了廣泛和深入的交流和討論。他對科學(xué)哲學(xué)的問題做出了重要而持久的貢獻(xiàn)。

科學(xué)與宗教

薛定諤對宗教有著開放而包容的態(tài)度。他認(rèn)為宗教信仰是一種個人的選擇,不應(yīng)該被強加或干涉。他認(rèn)為宗教哲學(xué)是一種對人類存在和意義的探索,可以與科學(xué)相互補充,而不是相互排斥。

薛定諤

薛定諤在宗教方面運用了他的哲學(xué)思想和思維方式。他不滿足于單一的宗教觀念,而是廣泛地研究了不同的宗教傳統(tǒng)和文化,試圖從中發(fā)現(xiàn)共同的真理和智慧。他認(rèn)為,不同的宗教只是人類對于神秘現(xiàn)象的不同表達(dá)方式,而不是絕對的真理或權(quán)威。他尊重每一種宗教的價值和貢獻(xiàn),但也批判每一種宗教的局限和缺陷。他主張用理性和經(jīng)驗來檢驗宗教信條,而不是盲目地接受或拒絕。他也主張用比較和對話的方式來促進(jìn)不同宗教之間的理解和溝通,而不是用爭辯和斗爭的方式來制造沖突和分裂。

例如,他在《我的世界觀》一書中,闡述了他對基督教、佛教和印度教等不同宗教的看法,以及他自己的世界觀。

他認(rèn)為基督教過于強調(diào)個人的罪惡和救贖,而忽視了人類的團結(jié)和愛;佛教有著深刻的智慧和慈悲,但也有著消極和逃避的傾向;印度教有著豐富的神話和象征,但也有著復(fù)雜和混亂的體系。**他引用了這些宗教中一些具有代表性或啟發(fā)性的思想家或作品,如耶穌、保羅、奧古斯丁、康德、釋迦牟尼、達(dá)摩、老子、孔子、《奧義書》、《摩訶婆羅多》等,并與之進(jìn)行了批判性地對話。他指出了這些思想家或作品中存在的矛盾或困難,并提出了自己的見解或疑問。

他自己的世界觀是一種泛神論,認(rèn)為自然界是一個有機的整體,所有的存在都是神圣的表現(xiàn),人類只是其中的一部分。

薛定諤在《科學(xué)與人類主義》一書中,討論了科學(xué)與宗教之間的關(guān)系,以及他對人類主義和道德的理解。他認(rèn)為科學(xué)與宗教并不沖突,而是從不同的角度來描述和解釋自然界。科學(xué)可以提供客觀的知識和方法,但不能提供價值和目的;宗教可以提供主觀的信仰和意義,但不能提供事實和證據(jù)。他認(rèn)為,科學(xué)和宗教都是人類對于自然界的理解和反映,都是人類精神的產(chǎn)物,都有其局限性和不確定性。他認(rèn)為,科學(xué)和宗教都需要不斷地更新和發(fā)展,以適應(yīng)人類的需要和進(jìn)步。他認(rèn)為,科學(xué)和宗教都應(yīng)該以人類的福祉為最高目標(biāo),而不是以自身的權(quán)威或利益為最高目標(biāo)。

他認(rèn)為人類主義是一種基于理性和同情的道德觀,它既尊重個人的自由和尊嚴(yán),又關(guān)注社會的公平和福利。他認(rèn)為,人類主義是一種超越宗教或國家的普遍價值,它體現(xiàn)了人類的共同本性和理想。他認(rèn)為,人類主義是一種動態(tài)的道德觀,它不是一成不變的規(guī)則或原則,而是一種根據(jù)具體情境和條件來判斷和行動的態(tài)度。他認(rèn)為,人類主義是一種實踐的道德觀,它不是一種空洞的理論或說教,而是一種通過行動來體現(xiàn)和促進(jìn)人類幸福的方式。

最后

通過介紹薛定諤的人生經(jīng)歷、對科學(xué)、生命和宗教的看法,我們可以看到他作為大科學(xué)家背后的哲學(xué)智慧和思維方式。

他不僅在科學(xué)上有著杰出的貢獻(xiàn),還是一位深邃的哲學(xué)家,他對科學(xué)、生命和宗教等問題有著獨到而深刻的思考。

你對薛定諤和他的思想有什么看法?

你是否也想成為一個像他一樣既有科學(xué)精神又有哲學(xué)智慧的人呢?



薛定諤:量子力學(xué)奠基人之一,大科學(xué)家背后的哲學(xué)智慧的評論 (共 條)

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