人物生平 玻恩於1882年12月11日出生於德國普魯士的布雷斯勞(今波蘭城市
弗羅茨瓦夫 )一個猶太人家庭,父親是布雷斯勞大學的
解剖學 和
胚胎學 教授。小時受父親影響,喜歡擺弄儀器和參加科學討論。
1901年進入布雷斯勞大學。後來到海德堡大學和蘇黎士大學求學。1905年慕名進入哥廷根大學聽D.希耳伯特、H.閔可夫斯基等數學、物理學大師講學。1907年在
哥廷根大學 通過博士考試,導師是
希爾伯特 。此後前往
劍橋大學 跟隨拉默爾和
約瑟夫·湯姆孫 學習了一段時間。1908年至1909年回到布雷斯勞學習相對論。
閔可夫斯基 曾邀請他去哥廷根與他共事,但是此後不久的1909年冬天閔可夫斯基便去世了,玻恩受命繼續閔可夫斯基在物理領域的研究工作。玻恩在1909年獲得大學任教資格,先是在哥廷根大學受聘為無薪金講師,1912年接受麥可遜的邀請前往芝加哥教授相對論,並與麥可遜合作完成了一些光柵光譜實驗。此外,玻恩對固體理論進行過比較系統的研究,1912年和馮·卡爾曼一起撰寫了一篇有關晶體振動能譜的論文,他們的這項成果早於勞厄(1879—1960)用實驗確定
晶格 結構的工作。
玻恩(1882~1970) 年輕時的玻恩 1913年8月2日玻恩與愛倫伯格(H. Ehrenberg)結婚。他們都是路德教教徒,有三個孩子。那時玻恩喜好的消遣活動是長途徒步旅行和音樂。
1915年玻恩去柏林大學任理論物理學教授,並在那裡與
普朗克 、
愛因斯坦 和
能斯特 並肩工作,玻恩與愛因斯坦結下了深厚的友誼,即使是在愛因斯坦對玻恩的量子理論持懷疑態度的時候,他們之間的書信見證了量子力學開創的歷史,後來被整理成書出版。玻恩在柏林大學期間,曾加入德國陸軍,負責研究聲波理論和原子晶格理論,並於1915年發表了他的第一本書《
晶格動力學 》(Dynamik der Kristallgitter),該書總結了他在哥廷根開始的一系列研究成果。
1919年第一次世界大戰結束後,玻恩轉去
法蘭克福大學 任教並領導一個實驗室,他的助手奧托·施特恩後來也獲得了
諾貝爾物理學獎 。1921年至1933年玻恩與好友夫蘭克一同回到哥廷根大學任教授,主要的工作先是晶格研究,然後是
量子力學 理論。他在哥廷根費米、
狄拉克 、
奧本海默 和
瑪麗亞·格佩特-梅耶 等一大批物理學家合作。1925年至1926年與
泡利 、
海森堡 和帕斯庫爾·約爾丹(Pascual Jordan)一起發展了現代量子力學(
矩陣力學 )的大部分理論。1926年又發表了他自己的研究成果玻恩機率詮釋(波函式的機率詮釋),後來成為著名的“
哥本哈根解釋 ”。
簽名 盧瑟福-玻爾的原子行星模型和玻爾關於
電子能級 的假設(其中把普朗克的量子概念與
原子光譜 聯繫起來了)曾被用來解釋後來知道的一些數據和現象,但只取得了一些微不足道的成功。在物理理論從經典向現代過渡的這一時期(約在1923年前後),
泡利 和海森堡都在哥廷根大學做玻恩的助手。
德布羅意 在1924年巴黎的論文中提出電子與一組波相聯繫。海森堡在他的“測不準原理”中,表明了經典力學規律不適用於亞原子粒子,因為不能同時知道這些粒子的位置和速度。
玻恩以此為起點對這一問題進行了研究,他系統地提出了一種理論體系,在其中把德布羅意的
電子波 認為是電子出現的幾率波。玻恩-海森堡-約當矩陣力學與
薛丁格 發展起來的
波動力學 的數學表述不同,狄拉克證明了這兩種理論體系是等效的並可相互轉換。今天,我們把它稱為量子力學。
1933年納粹上台後,玻恩由於是
猶太人 血統而被停職,並與當時許多德國科學家一樣被迫移居國外。移居英國後,1934年起受邀在劍橋大學任教授,這段時間的主要研究集中在
非線性光學 ,並與利奧波德·因費爾德(Leopold Infeld)一起提出了玻恩-因費爾德理論。1935年冬天,玻恩在印度班加羅爾的印度科學研究所呆了6個月,與C·V·喇曼共事。1936年前往愛丁堡大學任教直到1953年退休。1936年被納粹剝奪德國國籍。
玻恩很想把量子力學和
相對論 統一起來,因此他於1938年提出了他的倒易理論:物理學的基本定律在從坐標表象變換到動量表象時是不變的。1939年玻恩加入英國國籍。這時他仍繼續從事愛因斯坦和
英費爾德 (Infeld)曾探索過的
統一場論 的研究。
1953年,玻恩退休後居住在巴德派爾蒙特,這是位於哥廷根附近的一個旅遊勝地。1953年6月28日玻恩成為哥廷根的榮譽市民。1954年由於在量子力學和波函式的統計解釋及研究方面的貢獻,與瓦爾特·博特共同獲得諾貝爾物理學獎。他最後一本關於晶體的書是1954年完成的(與我國物理學家黃昆合作完成)。除了在物理領域的傑出研究外,玻恩還是“哥廷根十八人”(德語:Göttinger Achtzehn)之一,《哥廷根宣言》的簽署人,旨在反對
德國聯邦國防軍 使用原子武器裝備。
1970年1月5日,玻恩在哥廷根逝世。
玻恩之墓 人物成就 玻恩在物理學中的主要成就是創立矩陣力學和對
薛丁格 的
波函式 作出統計解釋。因量子力學方面的基本研究,特別是因波函式的統計解釋,和Bothe分享了1954年度的諾貝爾物理學獎金。
1920年以後,玻恩對原子結構和它的理論進行了長期而系統的研究。那時,盧瑟福-
玻爾 的原子模型和有關電子能級的假設遇到了許多困難。因此,法國物理學家
德布羅意 於1924年提出了
物質波 假設,認為電子等微觀粒子既有粒子性,也有波動性。1926年奧地利物理學家薛丁格(1887—1961)創立了
波動力學 。同時,玻恩和
海森伯 、約爾丹等人用矩陣這一數學工具,研究原子系統的規律,創立了矩陣力學,這個理論解決了舊量子論不能解決的有關原子理論的問題。後來證明矩陣力學和波動力學是同一理論的不同形式,統稱為
量子力學 。因此,玻恩是量子力學的創始人之一。
解釋對波函式
為了描述原子系統的運動規律,薛丁格提出了波函式所遵循的運動方程——
薛丁格方程 。但是,波函式和各種物理現象的觀察之間有什麼關係,並沒有解決。玻恩通過自己的研究對波函式的物理意義作出了統計解釋,即波函式的二次方代表粒子出現的幾率取得了很大的成功。從統計解釋可以知道,在量度某一個物理量的時候,雖然已知幾個體系處在相同的狀態,但是測量結果不都是一樣的,而是有一個用波函式描述的統計分布。因為這一成就,玻恩榮獲了1954年度諾貝爾物理學獎。
在他的早期生涯中,玻恩的興趣集中在點陣力學上,這是關於固體中原子怎樣結合在一起如何振動的理論。在馮·勞厄最終證明了晶體的格點結構之前,玻恩和馮·卡門(Von Karman)就在1912年發表了關於晶體振動譜的論文。玻恩以後又多次回到晶體理論的研究上,1925年玻恩寫了一本關於晶體理論的書,開創了一門新學科——
晶格動力學 。1954年他和我國著名物理學家
黃昆 合著的《晶格動力學》一書,被國際學術界譽為有關理論的經典著作。
其他成就
1953年退休以後,玻恩勁頭十足地研究
愛因斯坦 的統一場論。1959年,與沃耳夫合著了《光學原理》,至2001年已出至第七版,成為光的電磁理論方面的一部公認經典著作。玻恩還研究了流體動力學、非線性動力學等理論。
玻恩和富蘭克(1882—1964)一起把哥廷根建成很有名望的國際理論物理研究中心。當時,只有
玻爾 建立的哥本哈根理論物理中心可以和它匹敵。
玻恩講課很生動,淺入深出,教學很有成績。他培養出的學生,後來有不少人成為有名的物理學家,如
泡利 、
海森堡 和我國的
黃昆 等。
個人榮譽 獎章和名譽
1934年:劍橋Stokes(George Gabriel Stokes)獎章
1945年:
愛丁堡皇家學會 MacDougall-Brisbane獎章和Gunning-Victoria Jubilee獎
1950年:
倫敦皇家學會 Hughes(David E. Hughes)獎章
1953年:哥廷根市榮譽市民
1956年:慕尼黑國際法Hugo Grotius(格勞秀斯)獎章
1959年:德國聯邦十字勳章
1982年:哥廷根大學慶祝馬克斯·玻恩和詹姆斯·夫蘭克誕辰100周年。
會員和院士
1939年當選倫敦皇家學會會員,他還是美國國家科學院、美國藝術與科學院、愛丁堡皇家學會會員,是柏林、哥廷根、哥本哈根、斯德哥爾摩等科學院院士。
諾貝爾獎
1954年因提出量子力學的統計解釋而獲諾貝爾物理學獎。
命名榮譽
1. 以他名字命名的玻恩-奧本海默近似方法在1928年發展成為原子軌道模型,玻恩近似在分布理論中起到了先驅作用。
2. 以馬克斯·玻恩的名字命名的研究所——柏林馬克斯·玻恩非線性光學和短時間光譜學研究所(Max-Born Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie im Forschungsverbund Berlin e.V.)。
3. 為了紀念馬克斯·玻恩的貢獻,德國物理學會與英國物理學會1973年起每年頒發“馬克斯·玻恩獎”給在物理學領域做出特別有價值的科學貢獻,輪流頒發給英國和德國的科學家。
個人著作 《晶體點陣動力學》(1915年)
《固態原子理論》(1923年)
《原子動力學問題》(1926年)
《物理學實驗與理論》(1943年)
《我們一代的物理學》(1956年)
《物理學與政治學》(1962年)
社會評價 在量子理論的發展歷程中,玻恩屬於量子的革命派,他是舊量子理論的摧毀者,他認為舊量子論本身內在矛盾是根本性的,為公理化的方法所不容,構造特性架設的辦法只是權宜之計,新量子論必須另起爐灶,用公理化方法從根本上解決問題。 玻恩先後培養了兩位諾貝爾物理學獎獲得者:
海森堡 (1932年獲諾貝爾物理學獎);
泡利 (因為提出不相容原理獲1945年的諾貝爾物理學獎)。不過,玻恩似乎沒有他的學生幸運,他對量子力學的幾率解釋受到了包括
愛因斯坦 、
普朗克 等很多偉大的科學家的反對,直到1954年才獲諾貝爾物理學獎。