三、理论物理的困境

1921 年 10 月，薛定谔夫妇终于结束了他们婚后一年半来不断的迁居转移，摆脱了生活于战败国中经济上和心理上的压力和阴影，在苏黎世安定下来。当然，在瑞士靠教授的薪水养家度日也算不上富裕阶层，一个普通教授那时也只能算属于可怜的低级阶层。但无论如何，这里物价稳定，人民安居

乐业，他也至少无饥寒之虑，从而能安心于教学和研究。

薛定谔的就职演讲以“自然规律是什么”为题，他以这样的话作为演讲的结束：“我愿意相信，一旦我们抛弃了根深蒂固的绝对因果性偏见，我们就能成功地克服这些困难，而不再期望用原子理论去证实因果性教条。”薛定谔关于原子过程几率性的论断是很有预见性的，机遇作为统计规则性基 础，也得以与因果性、与规律协调起来。

这位新来的教授以其思想的深刻性和独立性，给听众留下了深刻的印 象。他所开设的一系列理论物理学课程吸引了许多学生，他所主持的讨论班上也总是围绕物理学中的基本问题和进度展开热烈的讨论。薛定谔还鼓励进行校际交流，经常和联邦工业大学共同举行活动，他自己也同联邦工业大学的数学家 H·外尔和物理学家德拜成了莫逆之交。德拜与薛定谔神交已久， 两人都对固体比热、X 射线干涉图形、原子结构等问题感兴趣，并已各自在刊物上讨论过对方的观点，现在能当面切磋，互相琢磨，真是相见恨晚，倍感快慰。外尔是 20 世纪上半叶最著名的数学家之一，早期对分析学、黎曼曲面等方面作出过重要贡献，1913 年任教于联邦工业大学以来，致力于用优雅的数学框架来表述物理学概念和理论，自 1917 年起，发表了一系列“空间— 时间—物质”演讲并成书出版。他尝试把引力场和电磁场概括成一个统一的物质理论；20 年代中期他研究连续群的表示，把群论应用于量子力学中，解决了一系列物理、化学问题。能与这么一位热心于物理学问题的卓越数学家共事，不时请教讨论一些数学、物理上的问题，对薛定谔的帮助是很大的。薛定谔是个很重友情的人，与情意相投的德拜、外尔的交往，既满足了他感情上的需求，也成为他学术成就的刺激和动力。

苏黎世是一个美丽的旅游城市，每年都有一群群的学者来参加这里的现代物理学讨论会，带来了各自研究的最新成就和各种信息。这种开放的环境和动态的交流，使薛定谔和他们的讨论会得以保持较高的水准，也使苏黎世的研究集体和工作更为外界所知。他们的讨论会生动活泼，形式不拘，有时常常是在户外的郊游和旅行中进行。薛定谔喜欢登山和旅行，在大自然中陶冶性情。有一段时期，每周六他们都外出，边旅游边讨论，置身于大自然中去探求它的底蕴。薛定谔的学生回忆道：每个星期六这个由薛定谔夫人安排的小型旅游“总是以到了一个可爱的小客栈和一两瓶葡萄酒”而结束。”1927 年，薛定谔与两位助手一起联名发表了“中性原子的相互作用与同极性键的量子力学研究”一文，运用薛定谔刚刚建立的波动力学建立求解氢分子的薛定谔方程，从而建立了基于量子力学的化学键理论，宣告了量子化学的诞生。

苏黎世时期，是薛定谔的又一个创造性高峰。仅从 1922 年到 1926 年早

期，他就在教学之余发表了 20 篇论文，范围非常广泛，其中有 4 篇关于原子结构的，5 篇关于颜色理论和生理光学的，1 篇关于相对论的，4 篇关于量子比热理论的，6 篇关于气体统计理论的。这些论文粗略而言，可以分为三类， 即原子结构理论，量子统计理论，颜色和视觉理论，第一类是当时理论物理

学界关注的中心，第二类则是用量子方法处理和修改气体运动论和固体比热理论，既是薛定谔的多年爱好，也是当时的热门，而第三类文章则比较令人奇怪了。

颜色理论，是生理光学的中心问题之一，而生理光学，则是生理学和光学之间的边缘学科。早在古希腊时期，亚里士多德就讨论过这一问题，但直到牛顿经过色散和分光等一系列实验分析，才给出颜色的物理定义。尽管在这一领域作出贡献的不乏一些著名的物理学家，但显然对颜色和色觉的研 究，就物理学来说，既非正宗，又不是前沿。薛定谔之所以涉足这个领域， 可能有其家学渊源，或更受师辈影响，而最主要的还是他本人工作中的那种把不同理论、不同学科结合起来研究的统一科学的倾向，这种倾向一再地在他一生的研究中表现出来，并成为他获得成功的一条重要方法论原则。他清楚地认识到这一点。他的理论能很好地解释许多观测数据，也得到了生理学家的承认。然而，对颜色理论的研究尽管为薛定谔提供了一块自由发挥、有所作为的空间，但那毕竟理论性不强，也不为众所瞩目。他把它戏称为“为逃避原子结构理论的绝望困境而通入光学领域的一次小小的旅行”，一种松弛心情、换换脑筋的休息。他真正热衷的，仍然是量子统计和原子结构这两大领域，也正是这两方面工作的结合，开辟了他通往波动力学之路。关于原子结构，他虽然写出了几篇有份量的文章，却缺乏系统全面的研究，这是因为他不喜欢当时量子力学的进展路线，同时，这种进展本身正面临着巨大的理论困境。

量子理论的建立以本世纪初普朗克引入能量子概念为标志。普朗克能量子假说突破了经典物理学中视为基本教条的运动连续性原理，宣告了量子纪元的开端。然而这一学说的革命性意义，起初并没有为物理学界所注意和认识，甚至包括其创始人在内，因为它大大超出了物理学家们为概念框架和常识所囿的视界。而年轻天才的爱因斯坦却敏锐地注意到这点并从中受到启

发。他于 1905 年发表的“关于光的产生和转化的一个启发性观点”一文中， 从分析麦克斯韦电磁理论与物质原子理论在能量的连续性和不连续性上的矛盾入手，经过研究，提出了光量子假说，大大拓展了量子概念的应用及其影响，在科学思想史上首次提出了波粒二象性概念，并为以后的密立根实验和康普顿效应所支持，使量子概念逐步确立起来。

量子理论的第二次重大进展来自当时物理学界关注的原子物理领域。其高潮则以玻尔的原子结构理论为标志。玻尔具有洞察理论进展的本质并迅速广泛地接受新思想的能力。他在以往的工作中，已经察觉到经典理论的缺陷， 因此认识到问题可能出在它不适用于原子的动力结构，而必须代之以新的力学理论，这种新的理论则可能出自于当时刚刚成为热门的量子之谜。经过一系列紧张工作，玻尔于 1913 年发展了被人们称为“伟大的三部曲”的分三部分发表的长篇论文《论原子构造和分子构造》，成功地塑造了原子中电子绕核公转的量子化轨道运动理论。玻尔理论是量子理论发展中的一座里程碑，

标志着它在物理学中地位的最终确立。玻尔理论不仅成功地解释了一系列实验现象，而且把量子化规则引入原子结构和电子运动的研究，开辟了量子理论研究的全新领域。他提出了角动量量子化和量子跃迁这两大量子概念，奠定了物质结构问题中量子论的基础。此后十余年，量子理论不乏重大成就， 但基本上是在玻尔的框架中发展。但是，玻尔理论在理论上缺乏概念的自洽和逻辑一致性，理论框架很大成分上是经典动力学的，因此，玻尔理论仍然是一个半经典半量子化的过渡性理论，量子力学革命的最终胜利，要求着一种具有更强的逻辑性、更强的解释能力的完整的量子力学体系。

量子力学的最终凯歌，是由两重主旋律汇合奏出的，其中的第一重，是海森堡等人建立的矩阵力学。矩阵形式的量子力学体系成为量子力学迅速发展、胜利向前的重要突破口，人们为其理论的巨大进展而喜悦，但也有一些人对于它的彻底的经验论纲领不满，有些人则对它独特的、不为人熟悉的数学形式难以接受和理解；但所有这些对于新理论的不同态度尚未展开，人们尚未来得及去思索它的全部涵义，体会它的韵味，又一重主旋律加入了进来， 量子力学的另一种形式——波动力学诞生了。