中外科学家发明家丛书:玻恩 _2-第3章

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子物理学和化学的联系。他在发表于《自然科学》上的《化学和物理学之间　

的桥梁》一文，详细地介绍了这种联系。　

　　　　　不久，玻恩就将主要兴趣和研究重点转向了量子力学理论。1924年，玻　

恩首先在一篇论文中采用了“量子力学”这个术语，从而使这个术语进入了　

物理学文献之中。在这一时期，玻恩对原子物理学的进一步形成产生了十分　

强烈的影响。1925—1927年，玻恩制定了统计原子力学原理，玻恩本人深入　

思考并奠定了量子力学的几率诠释。他建立了“关于自然现象的新的思维方　

式”，他最大的科学功勋就在于此。　

　　　　　1925年，玻恩的助教华纳·海森堡在研究量子力学中提出了一个新思　

想：他从不应当运用不可观察的量　（如电子轨道的大小和频率）这个原则出　

发，引进了符号运算，并且在简单的体系　（线振子和非线性振子）上获得了　

可喜的成果。海森堡将他的论文《论运动学和力学联系的量子论诠释》送去　

发表后，玻恩考虑了海森堡的体系，发现海森堡的计算方法同数学家们熟悉　

的矩阵演算是一样的。因此，玻恩同他的学生P·约尔丹合作，建立了“矩　

阵力学”的最简单的特征。然后，玻恩、海森堡、约尔丹系统地发展了这个　

理论。这样，虽然矩阵力学的主导思想是海森堡的，但是这种天才思想的数　

学形式和它发展成为完整的理论，其功勋首先是玻恩的。　

　　　　　与此同时，英国剑桥的保罗·迪拉克也在海森堡的影响下，用更一般的　

非互换量的演算，完全独立地得出了同样的理论。然后，欧文·薛定谔于1926　

年发表了波动力学的论文，他在苏黎世创立了自己的波动力学，波动力学很　

快就被承认为在数学方面同戈丁根和剑桥两种形式的量子力学具有同等价　


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值。但是，薛定谔认为，电子不是一个粒子，而是由他的波函数的平方｜Ψ｜　

2确定的密度分布。他认为，粒子概念和量子性跳变概念应当统统放弃，而　



且他这种信念决不会动摇。但是，玻恩在詹姆斯·弗兰克关于原子和分子碰　

撞的卓越实验中每天都目睹粒子概念的丰硕成果，因而他确信，粒子决不能　

简单地取消，必须发现使粒子和波一致起来的途径。玻恩在几率概念中发现　

了衔接的环节，即带有分量的X，X，X……的矢量X，矩阵对它是起作用　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1　2　3　



的，它一定同几率分布有关系。只是在薛定谔的研究出名以后，玻恩才能证　

明他的猜想是正确的（因为他们研究的对象不同，但有密切的关系），矢量　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2　

X是他的波函数Ψ的不连续的表现，因此证明｜Ψ｜　是位形空间里的几率密　

度。通过把碰撞过程描述为波的散射，以及其它方法，这个假说被证实了。　

不久，迪拉克也以略为不同的方法单独发展了碰撞理论。　

　　　　　1925—1926年冬，玻恩应邀前往美国，他在麻省理工学院讲授晶体理论　

和量子力学。这些讲稿汇集为《原子动力学问题》一书于1926年出版。这是　

关于量子力学的第一本书。玻恩在美国同创立控制论的罗伯特·维纳合作，　

试图把光谱不连续能量的矩阵理论推广到有连续光谱的更一般的体系　（自由　

粒子），他们发展了一种算子演算，这同薛定谔的方法很接近，但他们那时　

还不知道薛定谔的方法。玻恩将对Ψ函数的统计解释为理解原子物理学中粒　

子和波的关系的第一步。对澄清这种思想作出最重要贡献的是海森伯的测不　

准关系和哥本哈根学派的领导者尼尔斯·玻尔的互补原理。虽然当时许多物　

理学家都接受了这种学说，但始终有一些物理学家不接受这种学说，其中包　

括像爱因斯坦、普朗克、德·布罗意等，薛定谔更是强烈的反对者。他们在　

量子理论的第一个时期都是物理学领域的领袖人物，这也是玻恩直到28年后　

才因此学说被授予诺贝尔奖金的原因。　


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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　五、世界第一流的物理研究中心　



　　　　　在20年代，由于麦克斯·汉恩、詹姆斯·弗兰克和罗伯特·玻尔的共同　

努力，戈丁根的物理系成为世界第一流的物理研究所，大批物理学的优秀人　

才向此汇集。　

　　　　　玻恩不仅从事研究工作，讲课也很出色，他在戈丁根开设了一系列课程，　

包括热力学、电磁学、光学、统计力学、原子结构和量子理论等。梅耶夫人　

曾说他的课程很深，但讲得非常清晰明了。玻恩待人非常谦虚，从无大学者　

的架子。在他主持的讨论班上，他鼓励提问和批评，人们也可以打断别人的　

发言，热烈讨论。奥本海默就经常打断发言者，对玻恩的发言也不例外，他　

的批评使玻恩感到有些害怕。这种自由的学术气氛对当时科学的发展起了催　

化作用。　

　　　　　因材施教，注意培养优秀人才，也是玻恩吸引杰出青年的原因之一。他　

在一篇谈大学理论物理教学的文章中明确指出，对少数出众学生应开设不同　

于一般人的课程，也不应单从考试成绩来衡量学生的优劣。这对一个教师培　

养出色的学生来说，无疑是非常好的方法。1922年9月，华纳·海森堡来到　

戈丁根，他是慕尼黑大学A·索末菲的学生，索末菲因外出讲学，让海森堡　

到玻恩处吸些新鲜空气。一学期后，海森堡回到慕尼黑进行博士考试，由于　

他那时对实验物理兴趣不大，没有通过W·雅恩的提问，经过索末菲的竭力　

帮助，才算以及格成绩通过博士考试。海森堡非常沮丧，当晚就赶回了戈丁　

根。第二天，他问玻恩是否还愿意留他，玻恩赏识他的才华，让他留下当助　

手。他在玻恩处只工作了两年多，就发表了奠定量子力学基础的论文《论运　

动学和力学联系的量子论诠解》，并于1933年获得诺贝尔物理学奖。海森堡　

后来表示，戈丁根特有的科学传统，玻恩的坚强信念——把建立新的量子力　

学作为基本的研究课题是万无一失的——使他的思想能够结出硕果。　

　　　　　善于从晚辈那里学习，也是玻恩的特点。沃尔夫冈·泡利1921年刚从慕　

尼黑大学毕业后，来到戈丁根，给玻恩当助手，他们在一起研究量子理论。　

泡利在戈丁根只工作了一年多，便前往哥本哈根尼尔斯·玻尔从事研究所工　

作。但玻恩说，他从21岁的助手泡利那里学到的东西多于泡利从他那里学到　

的。他称泡利是最敏锐的物理学家，泡利于1945年获得诺贝尔物理奖。　

　　　　　为繁荣戈丁根的物理学事业，玻恩邀请名家讲学，鼓励各国学者来访。　

1922年夏，尼尔斯·玻尔到戈丁根讲学，介绍了最新的原子结构理论，索末　

菲、玻恩、弗兰克、海森堡等许多人参加了听讲。这次讲学非常著名，被称　

为“玻尔的节日”，它影响了许多年轻人的科学生涯，也使玻恩的兴趣转移　

到原子力学理论。这是戈丁根新纪元的开始。　

　　　　　1925年夏，玻恩又接待了许多来访学者。这些人中有荷兰莱顿大学的　

P·厄任费斯脱、哥本哈根的H·克拉莫，从剑桥来的彼得·卡皮察和从列宁　

格勒来的A·约飞。　


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　　　　　在这一时期，在玻恩领导下，戈丁根群英荟萃，形成了和尼尔斯·玻尔　

的哥本哈根学派相媲美的戈丁根物理学派，主要人物有麦克斯·玻恩、詹姆　

斯·弗兰克、罗伯特·玻尔、华纳·海森堡、沃尔夫冈·泡利、奥木海默、K·T·康　

普顿、E·P·约尔丹、P·A·M·迪拉克、L·波林、P·M·S·布莱克特、F·洪　

德等。他们进行了大量的科学研究和学术研讨活动，量子力学主要就是由这　

个学派创立起来的。戈丁根的物理研究中心培养出一大批物理学家，它对物　

理学的发展所做的贡献是不容忽视的。　


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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　六、侨居英国　



　　　　　1928年，玻恩在讲授光学课程的过程中，着手写一部关于光学方面的教　

科书，结果写成了一部光学巨著，即　《光学原理——光的传播、干涉和衍射　

的电磁理论》。这本书在麦克斯韦方程经典电磁理论范围内系统地讨论了光　

波传播的各个基本规律，包括反射、折射、色散、干涉、衍射以及晶体光学　

等，几何光学也作为极根情况（波长λ→0）而纳入麦克斯韦方程系统，同时　

也讨论了象差的衍射理论。这部巨著于1933年出版，并很快作为教科书被采　

用。　

　　　　　相对平静的20年代告终了，1929年美国经济上的大灾难以后，希特勒　

和纳粹在德国掌握了政权。希特勒实行的一系列种族歧视政策令犹太种族的　

许多科学家感到恐怖，玻恩知道在德国安安静静地研究物理学已经没有希望　

了。1933年4月，麦克斯·玻恩被停止了他在戈丁根大学物理研究所的领导　

职务，他不久前出版的那部光学教科书也被禁止采用。这时，薛定谔劝他到　

国外去。玻恩和他的亲人于1933年5月离开法西斯德国，在意大利南部帝罗　

尔的多洛米特找到了一个避难所。他在德国的私人财产也被没收。在多洛米　

特的寂寞生活中，玻恩产生了一个想法，即把麦克斯韦的电磁场理论非线性　

化，因为在电磁场里，点电荷本能的能量（电磁质量）是有限的。他就按这　

个想法工作和讲演。他同波兰的利奥波德·英费尔德合作进行了这项工作。　

结果，这个所谓的玻恩—英费尔德理论消失了，因为它不能同量子理论相一　

致。　

　　　　　在意大利居住后不久，玻恩收到了去各国许多地方的邀请。其中之一是　

到英国的剑桥，玻恩接受了这个邀请，很快他们一家迁往英国。　

　　　　　剑桥是玻恩非常熟悉的地方，他曾于1907年在剑桥的冈维尔和凯厄斯学　

院学习过6个月，对这里的人民和美丽的风光有着深刻印象，这是玻恩在许　

多邀请书中选择剑桥作为新的落脚点的重要原因。　

　　　　　在剑桥的圣约翰学院，玻恩的老朋友保罗·迪拉克是那里的一个研究员，　

剑桥大学授予玻恩文学硕士学位和斯托克斯讲师的学衔。玻恩在此以讲师的　

职位开始了工作。这是不能同他在戈丁根的物理研究所的领导职位相比拟　

的。这位世界著名的年届50的科学家，几乎返回了四分之一世纪以前他开始　

教学生活之初的状况，但是玻恩毫无怨言，而且他为能在开文迪许实验室里　

接近卢瑟福、威尔逊、阿斯顿、查德威克、福勒、奥利芬特、科克罗夫特和　

其他许多第一流的物理学家，并能获得非常重要的经验而感到高兴。　

　　　　　在这一时期，玻恩出版了一本教科书《原子物理学》和一本通俗著作《不　

息的宇宙》。　

　　　　　尽管被驱逐出自己的祖国使玻恩和他的