历史

量子力学的创立(2/2)

的。在这种基础上,通过建立他的著名的波动方程,薛丁谔在1926年在应用函数论这一有力工具来处理很多原子问题方面得到了辉煌的成功。至于对应性问题,最重要的是薛丁谔方程的每一个解都可以表示成谐和本征函数的叠加,这就使人们有可能详细追寻如何可以将粒子的运动和波包的传播相对比。

    然而,在开始时,关于量子问题的表面上如此不同的两种数学处理之间的相互关系,仍然是有点不大清楚的。作为当时的争论的一个例子,我可以提到,海森伯对依据波的传播来解释施特恩-

    盖拉赫(lach)效应的可能性表示过的一种怀疑,是怎样被奥斯卡·克莱恩打消了的。克莱恩特别熟悉哈密顿所指出的力学和光学之间的类比,从而他本人已经走上了波动方程的道路,他简单地提到惠更斯(Huygens)对于晶体中的双折射的旧解释,这样就解决了问题。薛丁谔于1926年秋天到哥本哈根的访问,提供了活跃地交换观点的一个特殊机会。在这一场合下,海森伯和我曾试图使他相信,如果不把吸收过程和发射过程的个体特性明显地考虑在内,他对色散现象的优美处理就不可能和普朗克的黑体辐射定律相谐调。

    薛丁谔波动力学的统计诠释,不久就通过玻恩对碰撞问题的研究而被阐明了。不同方法的完全等价性,也在1926年就已通过狄喇克和约尔丹的变换理论而确立了。在这方面我记得,海森伯在一次研究所讨论会上指出,矩阵力学使我们不但能够确定一个物理量的期许值,而且可以确定该量的任意乘幂的期许值,而在下一次讨论中,狄喇克就说这一见解给他提供了普遍变换的线索。

    在1925-1926年的冬季,海森伯是在哥廷根工作的,而我也到那里去过几天。我们特别谈到了电子自旋的发现;这一发现的戏剧性的历史,近来在泡利纪念文集中曾得到各方面的阐明。使得哥本哈根集体感到很高兴的是,在这一次访问中,海森伯同意到我们研究所来接替克喇摩斯的讲师职位,那时克喇摩斯已经受聘为乌得利支的理论物理学教授了。海森伯在下一学年中的讲课,不但在内容方面,而且也在他对于丹麦语言的完善掌握方面受到了学生们的赞赏。

    这一年,对于海森伯的基本科学工作的继续来说是特别有成果的一年。一个突出的成果就是氦光谱双线性的阐明,这一问题是原子构造之量子理论中久经考虑的最大困难之一。有了海森伯联系到波函数的对称特性来对电子自旋进行的处理,泡利原理也变得清楚多了,而这立刻就带来了一些最重要的后果。海森伯本人被直接引导到了铁磁性的理解,而且不久就出现了海特勒和伦敦对同极化学键的阐明,同样也出现了邓尼孙(Dennison)对于氢比热这一老难题的解答。

    联系到那几年中原子物理学的迅速发展,人们的兴趣越来越集中到丰富经验数据的整理问题上去了。海森伯对这些问题的深入考察,在(量子论中运动学和力学的形象化内容)这篇著名的论文中得到了表现;该文是在他停留在哥本哈根的末期问世的,文中第一次表述了测不准关系式。从一开始,对待量子理论中那些表现佯谬的态度,就以重视和作用量子有关的基元过程的整体性特点为其特征。尽管一直都很清楚,能量和其他不变量只有对于孤立体系才能严格地定义,但是,海森伯的分析却揭示了原子体系的态在任何观察过程中会在多大程度上受到和测量工具间不可避免的相互作用的影响。

    对于观察问题的强调,又把海森伯在第一次访问哥本哈根时和我谈到的那些问题提到了首要地位,而且引起了关于一般认识论问题的进~步讨论。应该可能用无歧义的方式传达实验上的发现,而正是这一要求就意味着,实验装置和观察结果,必须用我们为了适应环境而采用的普通语言表示出来。例如,量子现象的描述,要求在原理上把所考察的客体和用来确定实验条件的测量仪器区分开来。特别说来,此处遇到的迄今在物理学中如此陌生的这些对立,强调了将获得经验时所处的条件考虑在内的必要性,这种必要性在其他经验领域中是人所共知的。

    在谈论我关于旧日的某些追忆时,我首先想到的就是要强调,来自很多国家的整整一代物理学家的密切合作,怎样在一步一步地在一个巨大的新知识领域中创造秩序方面取得了成功。经历物理科学的这一发展时期,是一种妙不可言的探险,而威尔纳·海森伯则在这一期间占据着突出的地位。