馬克思·波恩

波恩（Max Born，1882-1970），英籍德國理論物理學家。是著名的理論物理學家，量子力學的奠基人之一。生於西里西亞的布雷斯勞。曾先後就學於布雷斯勞大學、海森堡大學和蘇黎世大學。1909年任哥廷根大學副教授，1921年升任教授。他還在柏林大學、法蘭克福大學任過教。1933年受納粹政權迫害遷居英國，先後在劍橋大學和愛丁堡大學任教授。曾任柏林科學院、英國皇家學會等多個科學院院士。1953年退休後遷回德國。。1954年獲諾貝爾物理學獎。著作有《晶體點陣動力學》等。
中文名： 波恩 外文名： Max Born
出生日期： 1882年 逝世日期： 1970年
職業： 英籍德國理論物理學家畢業院校： 布雷斯勞、海森堡、蘇黎世大學

成就及榮譽

玻恩對量子力學的創立和發展作出了傑出的貢獻。從1923年開始，他致力於發展量子理論，年輕的海森伯當時是他的助教和合作者，1925年海森伯天才地提出其"關於運動學和力學關係的量子理論"，波恩當即看到海森伯理論的表達形式與矩陣代數相一致，隨後他和海森伯、約旦合作發表了長篇論文，以嚴整的數學形式全面系統的闡明了海森伯的理論。他和海森伯等人合作，用統計學解釋波函式,發展三雛粒子運動理論,建立起了矩陣力學,提出了量子力學中的微攏理論。對於量子力學中的微函式提出了統計詮釋——波函式的二次方代表粒子出現的幾率，確立了非決定論的思想。他還指出了電子的準確位置不能準確測定，為“不確定關係”的建立奠定了理論基礎。在物理學的其他方面，玻恩也頗有建樹。他提出了固體比熱的量子理論，發展了晶體點陣動力學，研究了原子結構、非線性動力學、流體力學和相對論等問題。玻恩由於對亞原子粒子的特性作了統計學的系統闡述而榮獲1954年的諾貝爾物理學獎.著作有《晶體點陣動力學》等。

個人其它信息

1925年，當海森堡做出他那突破性的貢獻的時候，他剛剛24歲。儘管在物理上有著極為驚人的天才，但海森堡在別的方面無疑還只是一個稚氣未脫的大孩子。他興致勃勃地跟著青年團去各地旅行，在哥本哈根逗留期間，他抽空去巴伐利亞滑雪，結果摔傷了膝蓋，躺了好幾個禮拜。在山谷田野間暢遊的時候，他高興得不能自已，甚至說“我連一秒種的物理都不願想了”。 量子論的發展幾乎就是年輕人的天下。愛因斯坦1905年提出光量子假說的時候，也才26歲。玻爾1913年提出他的原子結構的時候，28歲。德布羅意1923年提出相波的時候，31歲。而1925年，當量子力學在海森堡的手裡得到突破的時候，後來在歷史上閃閃發光的那些主要人物也幾乎都和海森堡一樣年輕：泡利25歲，狄拉克23歲，烏侖貝克25歲，古德施密特23歲，約爾當23歲。和他們比起來，36歲的薛丁格和43歲的波恩簡直算是老爺爺了。量子力學被人們戲稱為“男孩物理學”，波恩在哥廷根的理論班，也被人叫做“波恩幼稚園”。 不過，這隻說明量子論的銳氣和朝氣。在那個神話般的年代，象徵了科學永遠不知畏懼的前進步伐，開創出一個前所未有的大時代來。“男孩物理學”這個帶有傳奇色彩的名詞，也將在物理史上鐫刻出永恆的光芒。

矩陣與波恩

海森伯在研究量子力學時發現了一個奇怪的不等式即：I×II ≠ II×I，他自己也沒弄懂這是什麼。後來，他回到回到哥廷根後，就把論文草稿送給老師波恩，讓他評論評論。波恩看到這種表格運算大吃一驚，原來這不是什麼新鮮東西，正是線性代數裡學到的“矩陣”！回溯歷史，這種工具早在1858年就已經由一位劍橋的數學家Arthur 　Cayley所發明，不過當時不叫“矩陣”而叫做“行列式”（determinant，這個字後來變成了另外一個意思，雖然還是和矩陣關係很緊密）。發明矩陣最初的目的，是簡潔地來求解某些微分方程組（事實上直到今天，大學線性代數課還是主要解決這個問題）。但海森伯對此毫不知情，他實際上不知不覺地“重新發明”了矩陣的概念。波恩和他那精通矩陣運算的助教約爾當隨即在嚴格的數學基礎上發展了海森伯的理論，進一步完善了量子力學。 數學在某種意義上來說總是領先的。Cayley創立矩陣的時候，自然想不到它後來會在量子論的發展中起到關鍵作用。同樣，黎曼創立黎曼幾何的時候，又怎會料到他已經給愛因斯坦和他偉大的相對論提供了最好的工具。 波恩顯然被海森伯的想法給迷住了，正如他後來回憶的那樣：“我對此著了迷……海森伯的思想給我留下了深刻的印象，對於我們一直追求的那個體系來說，這是一次偉大的突破。” 於是當海森伯去到英國講學的時候，波恩就把他的這篇論文寄給了《物理學雜誌》（Zeitschrift fur Physik）,並於7月29日發表。這無疑標誌著新生的量子力學在公眾面前的首次亮相。但海森伯古怪的表格乘法無疑也讓波恩困擾，他在7月15日寫給愛因斯坦的信中說：“海森伯新的工作看起來有點神秘莫測，不過無疑是很深刻的，而且是正確的。”但是，有一天，波恩突然靈光一閃：他終於想起來這是什麼了。海森伯的不等式，正是他從前所聽說過的那個“矩陣”！ 但是對於當時的歐洲物理學家來說，矩陣幾乎是一個完全陌生的名字。甚至連海森伯自己，也不見得對它的性質有著完全的了解。波恩決定為海森伯的理論打一個堅實的數學基礎，他找到泡利，希望與之合作，可是泡利對此持有強烈的懷疑態度，他以他標誌性的尖刻語氣對波恩說：“是的，我就知道你喜歡那種冗長和複雜的形式主義，但你那無用的數學只會損害海森堡的物理思想。”波恩在泡利那裡碰了一鼻子灰，不得不轉向他那熟悉矩陣運算的年輕助教約爾當（Pascual Jordan），兩人於是欣然合作，很快寫出了著名的論文《論量子力學》（Zur Quantenmechanik），發表在《物理學雜誌》上。在這篇論文中，兩人用了很大的篇幅來闡明矩陣運算的基本規則，並把經典力學的哈密頓變換統統改造成為矩陣的形式。傳統的動量p和位置q這兩個物理變數，現在成為了兩個含有無限數據的龐大表格，而且，正如我們已經看到的那樣，它們並不遵守傳統的乘法交換率，p×q ≠ q×p。波恩和約爾當甚至把p×q和q×p之間的差值也算了出來，結果是這樣的：pq – qp = (h/2πi) I 。h是我們已經熟悉的普朗克常數，i是虛數的單位，代表-1的平方根，而I叫做單位矩陣，相當於矩陣運算中的1。波恩和約爾當奠定了一種新的力學——矩陣力學的基礎。在這種新力學體系的魔法下，普朗克常數和量子化從我們的基本力學方程中自然而然地跳了出來，成為自然界的內在稟性。如果認真地對這種力學形式做一下探討，人們會驚奇地發現，牛頓體系里的種種結論，比如能量守恆，從新理論中也可以得到。這就是說，新力學其實是牛頓理論的一個擴展，老的經典力學其實被“包含”在我們的新力學中，成為一種特殊情況下的表現形式。 　這種新的力學很快就得到進一步完善。從劍橋返回哥廷根後，海森堡本人也加入了這個偉大的開創性工作中。11月26日，《論量子力學II》在《物理學雜誌》上發表，作者是波恩，海森堡和約爾當。這篇論文把原來只討論一個自由度的體系擴展到任意個自由度，從而徹底建立了新力學的主體。現在，他們可以自豪地宣稱，長期以來人們所苦苦追尋的那個目標終於達到了，多年以來如此困擾著物理學家的原子光譜問題，現在終於可以在新力學內部完美地解決。《論量子力學II》這篇文章，被海森堡本人親切地稱呼為“三人論文”（Dreimannerarbeit）的，也終於注定要在物理史上流芳百世。 　新體系顯然在理論上獲得了巨大的成功。泡利很快就改變了他的態度，在寫給克羅尼格（Ralph Laer Kronig）的信里，他說：“海森堡的力學讓我有了新的熱情和希望。”隨後他很快就給出了極其有說服力的證明，展示新理論的結果和氫分子的光譜符合得非常完美，從量子規則中，巴爾末公式可以被自然而然地推導出來。非常好笑的是，雖然他不久前還對波恩咆哮說“冗長和複雜的形式主義”，但他自己的證明無疑動用了最最複雜的數學。 　不過，對於當時其他的物理學家來說，海森堡的新體系無疑是一個怪物。矩陣這種冷冰凍的東西實在太不講情面，不給人以任何想像的空間。人們一再追問，這裡面的物理意義是什麼？矩陣究竟是個什麼東西？海森伯卻始終護定他那讓人沮喪的立場：所謂“意義”是不存在的，如果有的話，那數學就是一切“意義”所在。物理學是什麼？就是從實驗觀測量出發，並以龐大複雜的數學關係將它們聯繫起來的一門科學，如果說有什麼圖像能夠讓人們容易理解和記憶的話，那也是靠不住的。但是，不管怎么樣，畢竟矩陣力學對於大部分人來說都太陌生太遙遠了，而在它背後的深刻含義，當時還遠遠沒有被發掘出來。特別是，p×q ≠ q×p，這究竟代表了什麼，令人頭痛不已。一年後，當薛丁格以人們所喜聞樂見的傳統方式發布他的波動方程後，幾乎全世界的物理學家都鬆了一口氣：他們終於解脫了，不必再費勁地學習海森伯那異常複雜和繁難的矩陣力學。當然，人人都必須承認，矩陣力學本身的偉大含義是不容懷疑的。