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马克斯·玻恩

玻恩

马克斯·玻恩(Max Born,1882年12月11日-1970年1月5日),德国的犹太裔物理学家,量子力学的创始人之一,因对量子力学的基础性研究尤其是对波函数的统计学诠释,与瓦尔特博特共同获得1954年的诺贝尔物理学奖。

生平简介

 

马克斯·玻恩(Max Born 1882~1970)德国理论物理学家,量子力学的奠基人之一。1882年12月11日出生于普鲁士的布雷斯劳。1901年进入布雷斯劳大学,1905年前后到哥廷根大学听D.希耳伯特、H.闵可夫斯基等数学、物理学大师讲学,于1907年通过博士考试。1912年受聘为哥廷根大学无薪金讲师,同年与西尔多·冯·卡门合作发表了《关于空间点阵的振动》的著名论文,从此开始了他以后几十年创立点阵理论的事业。

在先后任柏林大学教授,法兰克福大学理论物理系主任之后,玻恩于1921年接替P.J.W.德拜成为哥廷根大学物理系主任。

1933年希特勒在德国掌权后,玻恩由于犹太血统关系被剥夺了教授职位和财产。他流亡到英国,在剑桥大学讲学一个时期后,于1936年接替C.G.达尔文任爱丁堡大学教授,1937年当选为英国伦敦皇家学会会员。1953年玻恩退休,回到哥廷根。1954年荣获诺贝尔物理学奖。玻恩还是柏林、哥廷根、哥本哈根、斯德哥尔摩等许多科学院的院士。

于1970年1月5日在哥廷根逝世,终年88岁。

 

科学成就

 

玻恩在物理学中的主要成就是创立矩阵力学和对波函数作出统计解释。

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。

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。

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。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。他还研究了流体动力学、非线性动力学等。1953年退休以后,玻恩还劲头十足地研究爱因斯坦的统一场论。1959年,玻恩与沃耳夫合著了《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。玻恩讲课很生动,浅入深出,教学很有成绩。他培养出的学生,后来有不少人成为有名的物理学家,如泡利、海森伯和我国的黄昆等。

玻恩

 

趣闻轶事

 

马克斯·玻恩1882年12月11日出生于德国布雷斯劳(今波兰城市弗罗茨瓦夫)的一个德国犹太人家庭,他的父亲古斯塔夫‧玻恩是布雷斯劳大学的解剖学和胚胎学教授,玻恩的父亲跟与玻恩的母亲结婚于1881年5月7日,他的母亲格蕾琴是 一位工厂主人的女儿。但是玻恩母亲死去的时候(于1886年8月29日)玻恩也只有四岁而已。而玻恩有一个妹妹(生于1884年3月5日)还有一个他父亲与玻恩的第二任母亲(他们俩于1891年9月13日结婚)所生下的一个同父异母的弟弟(生于1892年10月21日)。

玻恩最初就读于柯尼希 - 威廉 - 体育馆,中学毕业后,1901年起相继在布雷斯劳大学、海德堡大学、苏黎世大学和哥廷根大学学习,先是法律和伦理学,随后是数学、物理和天文学。他在1904年抵达哥根廷。他的博士研究和适应训练则在哥廷根大学。他在哥廷根大学结识了一大批杰出的科学家和数学家,曾跟随克莱因、希尔伯特、闵可夫斯基等学习数学,也曾跟随史瓦西学习天文学。1907年他在哥廷根大学获得博士学位,导师是希尔伯特。

此后玻恩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,他就读于剑桥大学冈维尔学院和凯厄斯学院。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,先是在哥廷根大学讲师,1912年接受阿尔伯特·迈克耳孙的邀请前往芝加哥教授相对论,并与迈克耳孙合作完成了一些光栅光谱实验。

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年玻恩与好友詹姆斯·弗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、维尔纳·海森堡和帕斯库尔·若尔当(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“哥本哈根诠释”,他也因此获得1954年的诺贝尔物理学奖。此前他还在1948年获得了马克斯·普朗克奖章,1950年获得Hughes奖章。以他名字命名的玻恩-奥本海默近似方法在1928年发展成为原子轨道模型,玻恩近似在分布理论中起到了先驱作用。玻恩同时也研究理论光学。

1933年纳粹上台后,玻恩由于是犹太人血统而被停职,即使他为路得教会教徒,还是被归类为犹太教教徒,并与当时许多德国科学家一样被迫移居国外,1936年甚至被剥夺了德国国籍。玻恩在移居英国后,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待了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。1937年当选为英国伦敦皇家学会会员,1939年玻恩加入英国国籍,退休后返回德国哥廷根附近的小镇居住,于1953年6月28日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。同时玻恩还是柏林、哥廷根、哥本哈根、斯德哥尔摩等许多科学院的院士。

泡利的诺贝尔物理学奖颁奖典礼,前排从右二到右七依次为海森堡,拉曼,泡利,玻尔,玻恩,爱因斯坦。

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。

玻恩与他的老婆德葳埃伦伯格结婚于1913年8月2日。而德葳埃伦伯格有她一半父亲那一方的犹太血统,而且她为路德信教会的教徒。他们在这个婚姻当中,这对夫妻生了三个孩子,其中也包括了古斯塔夫·维克托·鲁道夫·玻恩的出生,他的女儿艾琳的母亲是英国出生的澳大利亚歌手和女演员奥利维亚牛顿约翰。而在1914年的时候,玻恩的信仰也从以前的犹太教转移到路得信教会。玻恩与他的老婆在1954年退休后便搬到西德的巴德皮尔蒙特(在哈梅林南方10公里处)定居。

玻恩也是签暑了罗素-爱因斯坦宣言德十一人之中的一员。

玻恩1970年1月5日在哥廷根逝世,享年88岁,他与瓦尔特能斯特 , 威廉韦伯 , 马克斯冯劳厄 , 马克斯普朗克 ,和大卫希尔伯特 被埋葬于同一个哥廷根的公墓。

在他的生命中,玻恩写了一些有些流行、普遍的以及有技术性的书。像是原子物理学和光学的主题上的书卷是非常受欢迎的和被认为是他们仍在打印的字段中的经典。

 

特殊的墓碑碑文

 

在哥廷根他的墓碑上刻着关系式:

pq-qp=h/2m。

玻恩生前认为是这他对科学做出的最重要的一项贡献。

量子力学诠释:霍金膜上的四维量子论 类似10维或11维的“弦论”=振动的弦、震荡中的象弦一样的微小物体。

霍金膜上四维世界的量子理论的近代诠释(邓宇等,80年代):

振动的量子(波动的量子=量子鬼波)=平动微粒子的振动;振动的微粒子;震荡中的象量子(粒子)一样的微小物体。

波动量子=量子的波动=微粒子的平动+振动

=平动+振动

=矢量和

量子鬼波的DENG'S诠释:微粒子(量子)平动与振动的矢量和

粒子波、量子波=粒子的震荡(平动粒子的震动)

 

荣誉

 

• 1934年:剑桥Stokes(George Gabriel Stokes)奖章

• 1939年:伦敦皇家学会会员

• 1945年:爱丁堡皇家学会MacDougall-Brisbane奖章和Gunning-Victoria Jubilee奖

• 1948年:德国物理学会马克斯•普朗克奖章

• 1950年:伦敦皇家学会Hughes(David E. Hughes)奖章

• 1953年:哥廷根市荣誉市民

• 1954年:诺贝尔物理学奖 是为玻恩在量子力学的基础研究,特别是对他统计解释的波函数。

• 1956年:慕尼黑国际法Hugo Grotius(格劳秀斯)奖章

• 1959年:德国联邦十字勋章

• 1982年:哥廷根大学庆祝马克斯•玻恩和詹姆斯•弗兰克诞辰100周年。

• 以马克斯•玻恩的名字命名的研究生:柏林马克斯•玻恩非线性光学和短时间光谱学研究所(Max-Born Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie im Forschungsverbund Berlin e.V.)

 

马克斯·玻恩奖

 

为了纪念马克斯·玻恩的贡献,德国物理学会与英国物理学会于1973年起每年都颁发“马克斯·玻恩奖”给在物理学领域做出特别有价值的科学贡献,轮流颁发给英国以及德国的科学家。

 

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