物理群星
马克斯·玻恩 肖像

马克斯·玻恩

Max Born

1882–1970 · 生于德国布雷斯劳(今波兰弗罗茨瓦夫) · 德国 → 英国

量子力学数学物理

认出矩阵、读懂波函数的人——把概率写进自然律的哥廷根舵手

诺贝尔物理学奖 1954 对量子力学的基础研究,特别是对波函数的统计诠释

「我相信,绝对的确定性、绝对的精确、终极的真理这类观念,都是想象力虚构出来的幻影,不应被允许进入任何一门科学。」

—— 《我这一代的物理学》(Physics in My Generation),据英文原文意译

人生时间线

  1. 1882

    生于德国布雷斯劳(今波兰弗罗茨瓦夫)一个医学教授家庭

  2. 1904

    来到哥廷根,在希尔伯特、闵可夫斯基与克莱因门下受教,一度担任希尔伯特的讲义誊写员

  3. 1921

    出任哥廷根大学理论物理教授,与实验物理学家弗兰克联手,把哥廷根建成量子力学重镇

  4. 1925

    认出海森堡的「奇怪乘法」是矩阵运算,与约当、海森堡合著「三人论文」,奠定矩阵力学

  5. 1926

    在关于碰撞过程的论文中提出波函数的统计诠释——|ψ|² 是概率

  6. 1933

    因犹太出身被纳粹解职,流亡英国

  7. 1936

    出任爱丁堡大学泰特自然哲学教授

  8. 1954

    迟到二十八年的诺贝尔物理学奖,表彰对波函数的统计诠释

  9. 1970

    在哥廷根逝世,墓碑上刻着量子力学的对易关系

伟大发现

代表方程

玻恩规则

P=ψ2P = |\psi|^2

波函数本身不是可以摸到的实在,它的模平方才有意义——那是你在此处找到粒子的概率。量子力学不预言结果,只预言几率,而这几率准得惊人。

正则对易关系

pqqp=h2πipq - qp = \frac{h}{2\pi i}

在量子世界里,先测位置再测动量,与先测动量再测位置,结果不一样——差值恰好由普朗克常数决定。这行公式刻在玻恩的墓碑上。

量子力学有许多耀眼的名字:海森堡的矩阵、薛定谔的方程、狄拉克的符号。但要问「波函数到底是什么」,答案却来自一个常被忽略的名字——马克斯·玻恩。是他告诉世界:ψ 的模平方是概率。自然界最深处的法则,不是决定论的齿轮,而是掷出的骰子。

哥廷根的数学空气

玻恩 1882 年生于布雷斯劳一个医学教授家庭,1904 年来到数学圣地哥廷根,在希尔伯特、闵可夫斯基、克莱因三位巨人门下受教,还当过希尔伯特的讲义誊写员。这段经历给了他一件多数物理学家没有的武器:一流的数学修养。1921 年他回到哥廷根出任理论物理教授,与实验家弗兰克比邻而居,把这座小城变成了与哥本哈根并立的量子力学圣地——欧洲最聪明的年轻人纷纷前来「朝圣」。

认出矩阵的人

1925 年夏天,助手海森堡交来一篇奇怪的论文:他为原子里的物理量发明了一种表格式的乘法,而且 A 乘 B 竟不等于 B 乘 A。海森堡自己也说不清这是什么。玻恩盯着这套规则苦想数日,忽然记起学生时代学过的冷门数学——这是矩阵乘法! 他随即与约当合作,把海森堡的灵感锻造成严整的理论,又三人合写了著名的「三人论文」,奠定了量子力学的第一个完整形式:矩阵力学。正则对易关系 pqqp=h/2πipq - qp = h/2\pi i 正是在这时写下的——它后来被刻上玻恩的墓碑。

一条附注里的革命

1926 年薛定谔方程横空出世,但方程解出的波函数 ψ 是什么?薛定谔本人以为那是实实在在的电荷密度波。玻恩在研究粒子碰撞时给出了另一个回答:ψ 不是任何实在的波,它是「概率的波」——你在某处找到粒子的概率由 ψ2|\psi|^2 给出。有趣的是,这个诠释最初的关键修正出现在论文校样时补加的一条附注里:玻恩起先写的是概率正比于 ψ,附注中才更正为正比于 ψ 的平方。一条脚注,改写了物理学的世界观。

上帝掷不掷骰子

爱因斯坦那句名言「上帝不掷骰子」,瞄准的正是玻恩的统计诠释——1926 年 12 月,他在给玻恩的信里写道:这理论说了很多,却没有让我们更接近「老头子」的秘密;无论如何,我确信他不掷骰子。耐人寻味的是,论战双方是终生挚友,两人四十年的通信后来结集为《玻恩-爱因斯坦书信集》,成为科学史上思想交锋与友谊并存的典范。历史站在了玻恩一边:概率诠释成为量子力学的标准语言。

流亡、桃李与迟来的荣誉

1933 年纳粹上台,犹太出身的玻恩被解除教职,流亡英国,1936 年起执掌爱丁堡大学泰特讲席。他门下人才辈出:费米、奥本海默、玛丽亚·格佩特-梅耶都曾从学——师生中先后走出多位诺贝尔奖得主。他自己的诺奖却迟到了二十八年,直到 1954 年才因统计诠释获奖。晚年他回到德国,1957 年与海森堡等人共同签署反对联邦德国核武装的「哥廷根宣言」。顺带一提,他的外孙女是歌手奥莉维亚·牛顿-约翰。1970 年玻恩在哥廷根去世,墓碑上没有墓志铭,只有一行公式。

思想的传承

曾受影响于

大卫·希尔伯特

深刻影响了

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