03.02 为什么海森堡、玻尔和薛定谔这些物理学家的名气比爱因斯坦小得多?

用户172304069


题目谈到的这些科学家都是上世纪初著名科学家,在20世纪初,随着三大发现拉开了现代物理研究的序幕,现代物理的两大支柱就是相对论和量子力学,其中爱因斯坦就是横跨这两大支柱的杰出代表。

爱因斯坦在相对论的地位。

爱因斯坦在1905年,也被成为物理奇迹年内,几篇诺奖级别的论文,一举奠定了他在物理学中的地位,其中包括狭义相对论,光量子,布朗运动解释,质能方程这些大家熟悉的内容。其中最重要的文章就是狭义相对论,爱因斯坦是以一己之力在发展相对论,从狭义相对论到广义相对论。爱因斯坦谈到狭义相对论即使没有他的提出,也会很快出现,但广义相对论要推迟几十年了。

爱因斯坦在量子力学中的作用。

我们在看量子力学的发展,爱因斯坦作为奠基人一直在里面起着重要的作用。量子力学的发展从普朗克提出量子的概念,但保守的普朗克只是谨慎的应用。而爱因斯坦明确提出了光量子的理论,解释了光电效应,结束了几百年人们对光的本质的纷争。随后玻尔受到普朗克和爱因斯坦的理论启发,结合氢原子光谱的实验数据和巴尔末公式,才提出了氢原子的玻尔模型,建立了原子的量子态。以上都属于旧量子时期。

随后,德布罗意在爱因斯坦光的波粒二象性的启发下,提出了物质波,在使得量子力学得以发展,有了物质波,就要得到波函数的运动方程,在此基础上产生了海森堡,玻恩和约尔当合作的矩阵力学,随后薛定谔在与情人度假的时期,情欲智力大爆发,一举拿下物质波的波动方程,也就是著名薛定谔方程了。至此,矩阵力学和波动力学形成了量子力学的基本形式。海森堡在波粒二象性的基础上,在与爱因斯坦的关于测量的谈话中得到启示,建立了不确定关系。随之玻恩受到爱因斯坦光子密度概率解释的启发,提出了波函数的统计解释,至此,量子力学的统计规律建立,形成了以玻尔为教皇的哥本哈根学派。

上帝是不会掷骰子的,玻尔-爱因斯坦论战。

爱因斯坦作为长者,他更信奉局决定论和因果论,而玻尔等认为自然界的一切都是统计性的。这样爆发了量子力学完备性的大论战,爱因斯坦对于他一手奠基的量子理论,对哥本哈根学派提出了关于玻恩统计解释,海森堡不确定关系和玻尔互补原理的质疑。随着爱因斯坦光箱实验被玻尔化解后,爱因斯坦承认了统计理论,对量子力学的完备性进行质疑。正是爱因斯坦不断的质疑,使得哥本哈根学派不断修正其数学和物理基础,使得量子力学更加完备。

爱因斯坦作为现代物理两大支柱的奠基者,成就远远超越其上提及的各位著名的物理学家,一代宗师的地位从合影中就能看出。

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量子实验室


施郁

(复旦大学物理学系教授)

这主要是因为他们在科学上的贡献的差别。

苏联物理学家朗道曾经将物理学家分级。爱因斯坦一个人1/2级,其他重要的物理学家,包括标题中的海森堡、玻尔和薛定谔都是1级。每相差1级,代表物理学上的贡献相差10倍,也就是我们常说的一个数量级。那么海森堡、玻尔和薛定谔与爱因斯坦的差别就是根号10,约等于3.16。

现代物理学的两大支柱是相对论与量子力学。它们改变了世界。

相对论包括狭义相对论与广义相对论,是关于基本的时空观。他们基本都是以爱因斯坦一人之力建立的。

量子力学是经过很多人的努力而建立的,包括爱因斯坦和标题中的几位物理学家。爱因斯坦1905年提出光量子假说,提出电磁波由一份一份的量子组成,1916年又提出量子电磁辐射理论。玻尔1913年提出原子结构模型。1925-1927年,在德布罗意、海森堡、薛定谔、狄拉克等人的努力下,量子力学终于建立。

量子纠缠其实也是爱因斯坦发现的,虽然爱因斯坦的动机是因为对量子力学不满意,希望找出量子力学的问题。

爱因斯坦的出名也富有戏剧性,这也使得爱因斯坦声名鹊起。1919年,远处恒星传来的光线在太阳附件的偏折被英国天文学家观测到。当时第一次世界大战刚刚结束,在动荡的世界中,人们得到“牛顿理论被推翻,科学发生革命”的信息,媒体和照相术的兴起也使得这个新闻很快传遍世界,家喻户晓。爱因斯坦一夜成名,成为科学的偶象。


物理文化与施郁世界线


题主你好,海森伯格、薛定谔、玻尔这三位物理学家中除了薛定谔的名气相对大一些,其他两个名气都很小。原因有很多,先说说海森伯格,海森伯格曾经为纳粹德国服务,但是因为他的数学能力不是很好——算错了核反应底物的临界质量——导致纳粹德国没能造出核武器。这件事情反映了两个很严重的事情:海森伯格有可能是一个不分是非的人(他曾经为自己辩解过,但是我觉得不足为信),另一个是此人算功不行——物理学就是以计算核心之一的学问,算不对等于不会物理!这两件事情直接导致二次大战以后海森伯格再也不能从事学术工作。同时海森伯格陷入了危机之中,对于海森伯到底是不是纳粹分子,一直到现在都没有停止过争论。相比之下,爱因斯坦在二战之前就明确反对纳粹,某种意义上说,站对了队伍对一个人的命运是有直接影响的。

相比之下,玻尔就更惨了。他的合作者斯莱特在多年以后这样说玻尔:"我对玻尔先生不曾有过任何敬意, 因为我在哥本哈根度过了一段可怕的日子"。这句话很委婉,它暗含了一句潜台词:玻尔对物理学的信仰远小于他对物理学的怀疑。玻尔是一个典型的"科学革命综合征",他多次否定能量守恒定律。但是结果是他否定几次,就被实验打了几次脸。但是玻尔还是有一些贡献的,比如说对量子力学的建立和解释量子力学,玻尔有一定的作用。但这些作用和爱因斯坦比起来,微不足道!如果不是玻尔和爱因斯坦有过几次论战,可以说玻尔更加没有名气。

薛定谔要好一些。为了否定量子力学的哥本哈根学派诠释,薛定谔提出了至今都津津乐道的"薛定谔的猫"。薛定谔最重要的工作其实不是建立波动力学,而是提出了反对量子力学的“薛定谔猫”。这只猫对量子力学冲击十分巨大,以致于任何一本将量子力学的科普书都无法绕开它。可以说,没有薛定谔猫,薛定谔也得面临被遗忘的窘境。

另外就是,科学家要想有名气,还得有人捧。爱因斯坦曾被美国杂志捧为“超级天才”。但是其他几位却没有人捧。这件事情可以用霍金和彭罗斯来类比,霍金很有名,但彭罗斯却鲜有耳闻。霍金被学术圈称之为“混迹娱乐圈的物理学家”。没有媒体的炒作,霍金不会这么有名。

爱因斯坦有能力,又有媒体追捧,不想有名都难得很!


科学联盟


二十世纪初期物理学之所以产生井喷式的发展,是因为物理学在十九世纪的辉煌成就上具备了自身变革的理论条件和实验条件。

十九世纪物理学的理论局限在哪里呢?究其原因,还是在于经典物理学的时空限制,也就是数学限制;十九世纪的经典物理学,是以欧几里德几何为基础的数学展开,这就决定了物理学只能局限于牛顿经典力学,天体力学只能局限于万有引力定律。所以,没有时空理论的变革也就不可能产生物理学理论的变革。

真正为物理学理论变革奠定基础的,是非欧几里德几何的诞生,也就是高斯、罗巴切夫斯基、黎曼等人所创立的非欧几何,为物理学的理论变革奠定了数学基础。二十世纪的物理学,本质上就是由欧几里德几何物理向非欧几里德几何物理的转变与提升。相对论从本质上来看,是将十九世纪的物理学在非欧几何学的基础上进行了一次综合与提升,将物理学理论由平面空间推进到了曲面空间,将时间与空间的割裂在非欧几何的条件下进行了融合,因此产生了四维空间。

所以说,二十世纪的物理学本质上就是非欧几何的物理学,是由平面转为曲面的物理学。相对论只是黎曼几何的合乎逻辑的产物。

相比之下,量子力学则采取了完全不同的理论模式,也就是概率统计的模式。原因在于,微观粒子的运动与非欧几何并没有兼容性,高速运动的电子坐标与动量不具有同时性,测不准原理决定了非欧几何的数学空间对基本粒子是无效的。因此,量子力学才是真正不同与十九世纪物理学的全新的物理理论。拉普拉斯决定论被彻底打破,偶然性在量子力学理论中取得了基础性地位。

爱因斯坦与波尔的长期争论,其实就是偶然性与必然性的争论。爱因斯坦始终坚持必然性,也就是拉普拉斯决定论;波尔则坚持基本粒子运动的或然性,因为基本粒子的运动确实无法与某种几何空间完全兼容。

爱因斯坦晚年潜心于统一场论研究,最终无果而终。这说明没有比黎曼几何更高一层的几何理论,能进一步扩展现有的物理理论;也说明物质世界比想象的要复杂得多。哥德尔的不完备性定理也证明了,能够兼容所有物理定律的理论是不存在的;这就注定了爱因斯坦要建立统一场论的设想是不可能实现的。

所以,对相对论的理论价值不应过分夸大,必须看到相对论是有局限性的,那就是黎曼几何的局限性。超越这个局限,相对论也会和牛顿力学一样,在更大范围内失效。如果只是局限于相对论,那么对宇宙的认识也会是十分有限的,黎曼空间与整个宇宙空间相比依然是个无穷小空间。


经济相对论580


作为一个普通人,如果你没学过大学物理,物理学家你最多也就知道五个人。

比如,我不是搞哲学的,你问我古希腊时期最著名的哲学家,我第一反应也就是柏拉图,亚里士多德,再顿一顿可能会想起苏格拉底,毕达哥拉斯……

换句话说这幸存下来的一、两个人,会继承某个学科几乎全部光环,几千年过去了,我们只知道存在柏拉图和亚里士多德,完全忘记了德谟克利特、伊壁鸠鲁等人的存在。

爱因斯坦名气大不是偶然的,相对论的缔造者,量子论的奠基人,坚定的自由主义者,国际主义者,他统治了科学界,生前是媒体的宠儿,死后也是朋友圈的刷屏者。

作为物理学家,知名度最高的这一两个人就是牛顿和爱因斯坦,考虑到牛顿距离现在实在太久远了,爱因斯坦就成了普通人心目中物理学家的典范,换句话说爱因斯坦的名气是代表了整个物理学的,保守说也代表了现代物理学。

爱因斯坦这个明星太亮了,不仅掩盖了玻尔,海森堡和薛定谔等同时代物理学家的光芒,甚至在普通人那里还“汇总、代表”了玻尔,海森堡和薛定谔等人的光芒。

当然,对学过大学物理的同学,或对物理学感兴趣的人就不一样了,他们能区分出哪些工作是爱因斯坦做的,哪些是海森堡做的,还能看到他们工作之间的联系,这就相当于我们用最先进的天文望远镜观察远处的恒星,发现原来表面看起来是一个星星的地方,其实有几个星星。

夜晚的星空,亮星掩盖了暗星的光芒,除非用望远镜,我们意识不到原来有那么多星星。

纯粹出于好奇,我用谷歌趋势搜了一下爱因斯坦等科学家在谷歌网页里被检索的次数,这从一个侧面反映了物理学家的知名度。

爱因斯坦(蓝色)和牛顿(红色)的热搜指数,总体来说差不多。

爱因斯坦(蓝色),薛定谔(绿色),海森堡(红色),玻尔(紫色)和狄拉克(黄色)的热搜指数,除了爱因斯坦,其他人的搜索次数差不多,考虑到薛定谔不是一个人在战斗(还有他的猫),他获得了仅此于爱因斯坦的关注度。

物理思维



先上图。这是第五届索尔维会议上当时物理学界大佬们的合影,会议上云集了当时最有影响力的物理学家,放在整个人类历史上也是影响力巨大,撑死了物理学界的半边天!

照片中就能看出爱因斯坦的地位,独坐前排正中间,不知道当时照相时是不是刻意安排的,但无论如何能够感受到爱因斯坦在物理学界的影响力!

而爱因斯坦在科学界的贡献也绝对配得上在照片中的“C位”!事实上,不要说海森堡,波尔,还有薛定谔,人类历史上有哪位科学家的名气和影响力能比得上爱因斯坦呢?

只有牛顿,或许还有麦克斯韦,其他真想不出还有谁了!

海森堡,波尔还有薛定谔在量子力学领域都有自己的功效,海森堡提出了不确定性原理,波尔提出了自己的原子结构模型,提出原子量子态!而薛定谔有著名的薛定谔方程!

爱因斯坦呢?不但是量子力学的奠基人之一,发现了光电效应,进而才有了光的波粒二象性,同时他更是相对论理论的集大成者。现代物理学的两大基石,相对论和量子力学,都有爱因斯坦息息相关,特别是相对论,几乎等同于爱因斯坦!

同时,更有很多人已经不把爱因斯坦“当人看”了,爱因斯坦四个字已经是高智慧智商的代名词!所以,不是说海森堡,波尔和薛定谔不伟大不出名,而是爱因斯坦太伟大太有名了!


宇宙探索


薛定谔还好点,名气还是有点的,不管到哪里,都有说“薛定谔的猫”的,于是,薛定谔这位量子力学的奠基者也被众多人熟知了。

而海森堡名气还要比玻尔小,由于海森堡的政治立场问题,一直以来也没确定下来,所以,没什么名气,但是没什么名气仅是在科学界之外,在科学界之内,还是非常有名的,知道量子力学的人就会知道海森堡这个人了。

(爱因斯坦与玻尔在讨论问题)

玻尔的话,算是量子力学大厦里的头号人物,所以名气比海森堡大了一些。而至于为什么爱因斯坦的名气那么大?主要是因为头衔太多。

1999年,《时代》周刊评价爱因斯坦为“世纪伟人”!小学生都知道爱因斯坦,不信的话,你去问小朋友,你问他将来要成为什么样的科学家,他差不多就会想到两个人,一个是牛顿,另一个就是爱因斯坦。

(图为薛定谔)

爱因斯坦出名不仅是因为学术成就高,更是因为媒体的报道,就像霍金一样,被报道的次数多了,都快成为家喻户晓的科学家了。


科学船坞


这几位都是诺贝尔物理学奖得主,为什么海森堡、玻尔、薛定谔的名气不如爱因斯坦呢?根本原因在于他们的成就不在一个数量级。

海森堡、玻尔、薛定谔为量子力学的建立做出过杰出贡献,爱因斯坦也有贡献。爱因斯坦获诺贝尔奖就是因为用光量子的概念解释了光电效应。不过用光量子解释光电效应在相对论的面前,简直是不值一提。

二十世纪有两座科学大厦,一座是量子力学,一座是相对论。量子力学这座大厦是由普朗克、爱因斯坦、玻尔、德布罗意、泡利、薛定谔、波恩、海森堡、狄拉克等一大批科学家共同建立起来的。而相对论却几乎是爱因斯坦自己一个人一手建立起来的。

爱因斯坦建立了相对论,让他成为能够和牛顿、麦克斯韦比肩的伟大科学家。海森堡、玻尔、薛定谔能够和牛顿、麦克斯韦比肩吗?完全不能。

体育比赛中,人们更容易记住的是金牌得主,而银牌得主、铜牌得主就不容易被人记住了。正是因为爱因斯坦是那个时代的No.1,更容易被普通人记住。大多数人可能不理解相对论,也不理解量子力学。但提到二十世纪的科学家,大多数人却能脱口而出——爱因斯坦。这就是No.1的魅力。


刁博


爱因斯坦和海森堡这些人是有区别的。

第一个,科学上的贡献不同。如果将科学家分类,爱因斯坦属于SS,牛顿也是SS。这两个人在科学史上的地位没有争议,一直就是TOP2。海森堡、狄拉克、薛定谔,他们比爱因斯坦、牛顿都要逊色一筹,他们属于AAAAA,5A上将。杨振宁、温伯格这些人再次一个档次,属于AAAA,4A上将。这些地位大致是被科学界认可的。爱因斯坦属于开创了一个科学宗派的创始人、祖师爷,和达摩祖师、张三丰一个等级。海森堡他们相当于其中一个门派的掌门人,但并没有创始人。

第二个,爱因斯坦不但是科学家,还是一个知名的社会活动家。爱因斯坦是国际上著名的反战人士。他反战争,反独裁,反纳粹,为社会进步做出了重要的贡献。

第三个,新闻界也推动了爱因斯坦的名气。曾经有记者采访爱因斯坦,他对相对论描述的神乎其神,在报纸上说“世界上只有5个人可以懂相对论”,一下子让民众爆发了炽热的兴趣。爱因斯坦被认为是智力上的“地上最强”,成为热门公众人物。

第四个,爱因斯坦还是终结哲学的第一人。爱因斯坦与同时代的世界第一哲学家柏格森发生了世纪之战,牵动了整个知识界的关注。爱因斯坦最终把柏格森斩落,造成了极大轰动。自此以后,知识界普遍认为科学的伟大时代终于到来,哲学已经跟不上科学的进步。这是思想史上划时代的一幕,爱因斯坦是主角。


怀疑探索者


他们是仅次于爱因斯坦的物理学家,但他们比爱因斯坦名气小得多的原因很正常,因为爱因斯坦太过伟大。

二十世纪初量子力学和相对论的发现和建立时人类物理学史上最重要的一次革命(其实总共就两次革命,第一次是牛顿),称为了现代物理学的两大支柱。现在看来量子力学比相对论更重要一些,它是第三次科技革命(信息革命)的源头,对我们日常生活影响巨大。但爱因斯坦的厉害之处在于他几乎以一己之力建立了相对论,然后对量子力学的建立也一定的贡献,是早期三位泰斗之一(另两位是普朗克和玻尔),所以毫不夸张地说,爱因斯坦撑起了这次物理学革命的半壁江山。而同时代其它的物理学家,包括另两位泰斗,量子力学的真正建立者海森堡、薛定谔、狄拉克,以及其他贡献者泡利、玻恩、约当、魏格纳……他们共分另一半江山。这个差距还是非常明显的。

但如果普朗克、玻尔、海森堡、薛定谔、狄拉克、泡利他们的名气比霍金等人小,那就不正常了。他们在物理学史上的地位是仅次于牛顿和爱因斯坦的第二档,与麦克斯韦、伽利略平级。费曼、朗道、杨振宁、温伯格、格拉肖、威腾等可以算作第三档,而大名鼎鼎的霍金因为没诺奖,连第四档都危险。

这是1999年经过当时100位世界顶尖的物理学家投票选出的历史上最伟大的物理学家排名:

爱因斯坦超越牛顿排在了第一位,第二到第十位依次是牛顿、麦克斯韦、玻尔、海森堡、伽利略、费曼、狄拉克、薛定谔、卢瑟福。现在再投票的话,估计变化不大。


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