没有Max Born对量子力学的贡献,人类在上个世纪所所取得的许多技术进步是不可能的。

Born作为德国物理学家和和平倡导者,他奠定了其他人将建立的定量基础,从而改变了我们今天看待和与世界互动的方式。

了解量子计算,不得不说量子力学殿堂级人物Max Born-量子客诺贝尔基金会[Public Domain] / Wikimedia Commons

Max Born的早期职业生涯

还是孩童时期的Born,因身体虚弱而被禁止进入德国的公立学校。他的父母依靠私人教师,仍然竭尽全力的为他提供了尽可能强大的教育,因为他们认为可以在Born去上大学之前学习数学和物理。

1907年,Born在德国哥廷根大学获得了博士学位,并在接下来的十五年的工作中,赢得其了自己作为一名出色的物理学家的声誉。

很快他开始研究爱因斯坦的相对论,并且定期与爱因斯坦本人通信,这样的交流使得两人很快成为了真诚的朋友。

Born于1915年移居柏林,在Max Planck的组下工作,但随着整个欧洲大战的爆发,他很快被迫服兵役加入了战争。

了解量子计算,不得不说量子力学殿堂级人物Max Born-量子客资料来源:  Benjamin Couprie,国际物理研究所Solvay / Wikimedia Commons

而这一去,就错过了与一位伟大的科学家一起学习工作的机会,这给Born留下了深刻的印记。但毫无疑问,战争本身就是如此,个人无从抉择。

他在军队的各个无线电工程部门工作,他经常会帮忙周旋一些人事,以确保他的前同事和学生被分配到他的部门,使他们免受西线的恐怖遭遇。

战争结束后,Born于1921年回到哥廷根大学担任物理学副教授。他的声誉与其他名人一起引领哥廷根,而后该大学发展成为欧洲最重要的原子物理中心。

了解量子计算,不得不说量子力学殿堂级人物Max Born-量子客来源:sutulo

像他一样的当代人尼尔斯·波尔(Neils Bohr)一样,Max Born是一位非常受追捧的导师,而后他们都成为20世纪物理学界的杰出人物。

在哥廷根工作者们的集体才华为Born的开创性工作做出了巨大贡献,其中大部分工作都源于他的推崇者Werner Heisenberg(海森堡)的发现。

当Heisenberg于1925年撰写了他的第一篇关于量子力学的论文时,他向Born展示了手稿以供审查。

海森堡的论文描述了关于亚原子粒子作为离散实体的可观察事实,即它的位置,动量和能量。该论文是20世纪具有里程碑意义的科学论文之一。

在论文发表之后立即,他即看到粒子的这些特征完全可以表示为数学矩阵。

在Heisenberg和Jordan的协助下,Born在Heisenberg建立的工作基础上,有史以来第一次以矩阵形式制定了量子力学的基本描述。

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Niels Bohr的量子力学和物理哲学

与此同时,奥地利物理学家埃德温·薛定谔(EdwinSchrödinger)正在忙于制定他自己版本的的量子力学,并于1926年发表了他的量子力学波动理论。

单很快就发现,量子力学的矩阵形式和波形在数学上是等价的,但是仍然有大量的工作要做,以充分表达这种控制亚原子粒子的显着系统。

也就是说,薛定谔的波理论结合了一个尚未完全解释的波函数。

Born决心消除他正在制定的新规则中的缺陷,于是开始探索控制波形中粒子的波函数性质。

量子力学中的波函数

 

了解量子计算,不得不说量子力学殿堂级人物Max Born-量子客资料来源:维基媒体共享社区的Alexandre Gondran

波函数是表达亚原子粒子状态系统的一种相对简单的方法。虽然粒子处在未观察到的和未测量的状态,量子力学说粒子处于一种称为叠加状态(Superposition)的不确定状态。

这使得粒子能够同时在空间的两个不同位置存在,从直觉来讲,这严重违反经典物理学,因为,经典物理学认为物体在特定时间点上只能有一个位置存在。

然而,对于波函数表述的粒子,一旦观察到,粒子必须“决定”它在空间中的实际位置,确定其位置的粒子的这个过程中被称为波函数的坍塌。

沿函数的每个点代表空间中的特定位置,由波函数上该点处的波幅度确定。Born在1926年发表的一篇论文中所呈现的是,沿着函数线的这些点,它可以用于计算一旦波函数坍塌,就会在特定位置找到坍塌粒子的概率。

而通过Born给定的计算规则(Born Rule),就能观察或测量粒子在指定位置坍塌的概率。当然,满足概率都小于或等于1.

其中1代表,该粒子以绝对确定的概率将在给定位置找到,0代表绝对确定的概率粒子不会出现在该位置。

通过Born Rule这一发现,使得量子力学的基本数学框架基础得到了充分的描述。

Max Born的遗产

 

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现在,量子力学的数学框架已经形成,量子力学不再是研究者的学术活动或好奇心探求,因为,现在已经投入使用。

从激光器到核磁共振成像机到量子计算机的所有东西都依赖于Max Born在20世纪20年代中期那几年所做的工作。

通过制定量子力学的实际规则和公式,人们可以进行新的测试,并进行新的研究,以进一步了解亚原子微观世界。

1954年,他从学术界退休一年后。他在1925年至1926年的努力被研究者么高度认可并引用,因为他被授予了诺贝尔物理学奖。

而且在他去世之前,退休后的Max Born继续为追求和平和核裁军做出值得称赞的工作。

纵观史册,Max Born关于量子力学的研究完全是革命性的,他当之无愧是20世纪物理学万神殿中的殿堂级人物。