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第127章 海森伯创立矩阵力学

海森伯(Werner Heisenberg,1901~1976)是德国著名物理学家,矩阵力学的创始者。

1925年7月6日,海森伯发表了《关于运动学和动力学关系的量子论的重新解释》一文,为矩阵力学奠定了基础。海森伯之所以要创立一种新的理论,原因基于以下两点:1.他认为一种理论应该建立在可观察量的基础之上,而旧的量子论中包含了电子的不可观察量,比如电子的位置和绕转周期等。2.他认为对应原理一开始就应以严格的形式出现,而不应像在旧量子论中,对应原理是作为避免经典困难而使用。

海森伯的论文从三个方面对这一新的理论作了阐述:第一部分给出了量子论的运动学表述式;第二部分给出了量子论的动力学表述式;第三部分讨论了一个简单的非谐振子的应用例子。

海森伯的论文在完成之后,他自己对这套新的数学方案也没有太大把握。后来,在泡利的鼓励下,他把论文交给了玻恩,以确定是否有价值发表。玻恩在看到他论文中的乘法规则时也感到困惑不解,后来经过8天的苦思冥想,终于弄清楚了海森伯用来表示观察量的二维数集就是矩阵元。玻恩很快就把这篇重要的论文推荐给了《物理学杂志》。为了给这一理论建立一套严密的数学基础,玻恩和擅长矩阵运算的哥廷根大学的约尔丹合作,于1929年9月写出了长篇论文《论量子力学》,后来他们又与海森伯合作于11月写出了《论量子力学Ⅱ》。

矩阵力学成为了和波动力学同样有效但形式迥异的一种全新的理论。后来经薛定谔证明两者在数学上是等价的,矩阵由薛定谔的本征函数构成,反之亦然。海森伯也因这一伟大的理论而荣获了1932年度诺贝尔物理学奖。