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第二章

中外科学家发明家丛书:薛定谔 · 作者:佚名 · 字数:5,009 · 2026-10-09 12:47
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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。

维也纳大学第二物理研究所,是当时奥地利物理学人才基地,薛定谔是

在这里完成其博士论文的,当他重返这个充满朝气、自信和动力的学术集体,

无疑已站到了一条新的起跑线上。这期间,他主要从事理论工作。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

干涉图象的明晰性”、“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。

综观这一时期薛定谔的工作,表现出扎实的理论功底和年轻人特有的敏

锐和激情。这一时期的薛定谔确实春风得意,少年得志,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。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,

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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。”

事业一帆风顺,生活甜蜜幸福,所有这些显示出薛定谔前途远大,未来

光明。但突然间,一切被战争所淹没了。

当时的欧洲大陆,普遍实行征兵制,所有适龄健康的青壮年都必须在战

时服兵役,因此薛定谔也在战争一开始,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。

薛定谔冷静下来,开始厌倦和谴责这场给人类带来巨大灾难的战争,开

始想念他的科学工作。而最令他震惊和悲痛的是一大批极富才华和创造性的

学者在战争中阵亡,其中,尤其是他的敬爱的导师哈泽内尔的死。哈泽内尔

是在1915年10月率队冲锋时阵亡的,这使得奥地利失去了一位正值创造性

高峰的杰出物理学家,这种惨痛的损失是无法挽回和弥补的。

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3o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

工作作好了充分的准备。

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。在一首抒怀小诗中,他向自己,也向每一个追求

真理、正义与和平的人发问:

“两支大军在1914年踏上征程,

其中一支至今鏖战不停。

另一支队伍的战士们秘密地为和平而努力,

请选择,你将为哪一方驱使效命?”

终于,1918年11月,给人民带来深重灾难的第一次世界大战结束,奥

匈帝国总崩溃,昔日的强国地位一落千丈,这无疑给整个民族及其生活留下

深深的痕迹。而对薛定谔个人来说,大战的结束和帝国的瓦解也使他的生活

发生了戏剧性的影响。

战争的结束,阻止了他在讲课之余献身哲学的计划,保证了他日后在物

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理学上的发展。这个一度萦绕于怀的计划本身,也来源于战争中的现实状况

激发了薛定谔原有的哲学兴趣,促使他去思考一系列哲学问题。

首先是时间概念的基本哲学意义,正是在战争前线靠回忆度日的岁月

里,薛定谔对时间概念进行了哲学和心理学分析。在战争临近结束时的一篇

手稿中,他又讨论了因果性问题,至少在师从埃克斯纳之后他就已经开始思

考这个物理学和哲学中的基本原理。薛定谔是幸运的,命运女神使他在人生

选择的十字路口没按初衷去充分发挥他的哲学爱好,而哲学女神对他的垂青

又使他具有哲人气质,常常对一些哲学的本质问题进行思考,这对于他毕生

的科学工作和研究方向具有决定性的影响。

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”都引起了爱因斯坦的极大关注,并分别撰文讨论和回答。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。

尽管薛定谔在近两年的工作中一切顺利,在国际物理学界知名度大增,

但他已无法再在第二物理研究所继续呆下去了。战争带来了巨大的灾难,作

为战败国,赔款压得人喘不过气来,教育经费极度紧张,教师生计难以维持,

更何况他又筹划着结婚,要考虑婚后生活的开销。他开始考虑要找一个比较

宽裕稳定的生活和工作环境。

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

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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,他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

的数学家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,早期对分析学、黎曼曲

面等方面作出过重要贡献,1913年任教于联邦工业大学以来,致力于用优雅

的数学框架来表述物理学概念和理论,自1917年起,发表了一系列“空间—

时间—物质”演讲并成书出版。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、物理上的问题,对薛定谔的帮助是很大的。

薛定谔是个很重友情的人,与情意相投的德拜、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。

苏黎世是一个美丽的旅游城市,每年都有一群群的学者来参加这里的现

代物理学讨论会,带来了各自研究的最新成就和各种信息。这种开放的环境

和动态的交流,使薛定谔和他们的讨论会得以保持较高的水准,也使苏黎世

的研究集体和工作更为外界所知。他们的讨论会生动活泼,形式不拘,有时

常常是在户外的郊游和旅行中进行。薛定谔喜欢登山和旅行,在大自然中陶

冶性情。有一段时期,每周六他们都外出,边旅游边讨论,置身于大自然中

去探求它的底蕴。薛定谔的学生回忆道:每个星期六这个由薛定谔夫人安排

的小型旅游“总是以到了一个可爱的小客栈和一两瓶葡萄酒”而结束。”1927

年,薛定谔与两位助手一起联名发表了“中性原子的相互作用与同极性键的

量子力学研究”一文,运用薛定谔刚刚建立的波动力学建立求解氢分子的薛

定谔方程,从而建立了基于量子力学的化学键理论,宣告了量子化学的诞生。

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

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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。

颜色理论,是生理光学的中心问题之一,而生理光学,则是生理学和光

学之间的边缘学科。早在古希腊时期,亚里士多德就讨论过这一问题,但直

到牛顿经过色散和分光等一系列实验分析,才给出颜色的物理定义。尽管在

这一领域作出贡献的不乏一些著名的物理学家,但显然对颜色和色觉的研

究,就物理学来说,既非正宗,又不是前沿。薛定谔之所以涉足这个领域,

可能有其家学渊源,或更受师辈影响,而最主要的还是他本人工作中的那种

把不同理论、不同学科结合起来研究的统一科学的倾向,这种倾向一再地在

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