马克斯·玻恩

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马克斯·玻恩(1882年12月11日~1970年1月5日),德国犹太裔理论物理学家,量子力学奠基人之一。因对量子力学的基础性研究尤其是对波函数统计学诠释,获得1954年的诺贝尔物理学奖。1901年起在布雷斯劳海德堡苏黎世哥廷根等各所大学学习,先是法律和伦理学,后是数学、物理和天文学。1907年获得博士学位。1912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。1921年成为哥廷根大学物理系主任。[1] 1936年任爱丁堡大学教授,1937年当选为英国伦敦皇家学会会员。玻恩还是《哥廷根宣言》的签署人。[2]
中文名
马克斯· 玻恩
外文名
Max Born
国 籍
德国/英国
民 族
犹太人
出生地
布雷斯劳(今弗罗茨瓦夫
出生日期
1882年12月11日
逝世日期
1970年1月5日
职 业
理论物理学家
毕业院校
海德堡大学(学士),哥廷根大学(硕士,博士)
信 仰
路德教
主要成就
量子力学的奠基人之一
1954年诺贝尔物理学奖
提出玻恩近似
代表作品
《晶体点阵动力学》
研究机构
法兰克福、哥廷根和爱丁堡大学
获 奖
诺贝尔物理学奖(1954年)
其他相关
马克斯·玻恩奖
性 别

人物生平 编辑

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
玻恩(1882~1970) 玻恩(1882~1970)
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。[2]

人物成就 编辑

玻恩在物理学中的主要成就是创立矩阵力学和对薛定谔波函数作出统计解释。因量子力学方面的基本研究,特别是因波函数的统计解释,和Bothe分享了1954年度的诺贝尔物理学奖金。
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。
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,如泡利海森堡和我国的黄昆等。[3]

个人荣誉 编辑

奖章和名誉
1934年:剑桥Stokes(George Gabriel Stokes)奖章
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
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·夫兰克诞辰100周年。
会员和院士
剑桥大学牛津大学和柏林大学等十多所大学名誉博士学位。
1939年当选伦敦皇家学会会员,他还是美国国家科学院、美国艺术与科学院、爱丁堡皇家学会会员,是柏林、哥廷根、哥本哈根、斯德哥尔摩等科学院院士。
诺贝尔奖
1954年因提出量子力学的统计解释而获诺贝尔物理学奖。
命名荣誉
1. 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。
2. 以马克斯·玻恩的名字命名的研究所——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.)。
3. 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1973年起每年颁发“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,轮流颁发给英国和德国的科学家。[3]

个人著作 编辑

  • 《晶体点阵动力学》(1915年)
  • 爱因斯坦相对论》(1920年)
  • 《固态原子理论》(1923年)
  • 《原子动力学问题》(1926年)
  • 原子物理学》(1935年)
  • 晶格动力学》(1954年)
  • 《物理学实验与理论》(1943年)
  • 《我们一代的物理学》(1956年)
  • 《物理学与政治学》(1962年)[3]

社会评价 编辑

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。[4]
参考资料
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