要理论
司 今（jiewaimuyu@126.com）
授课中的索末菲
量子力学是人类科学文明发展史上的一朵奇葩，她自诞生一百多年来，为人类文明的进步与繁荣立下了汗马功劳！直到现在，她还是我们认识微观世界的“圣经”。
面对这样一朵科学奇葩，我们在学习、领会、运用的同时，也产生了诸多困惑，我们困惑她的思想跳跃性、理论描述离奇性、物质不可知性等。
她像“玄学”一样“高深莫测”，又像经典物理学那样“经久耐用”。
说她离奇，主要表现在与经典力学脱节和与我们认识事物思维的反叛上，说她实用，主要表现在对一切微观实验现象的理解上又都逃脱不了它指定的描述范围。
我们困惑了，这真是一部天书！？
这个世界真的就像她描述那样离奇吗？难道微观领域与宏观世界真就蕴藏了二种不可兼容的规律？
量子理论是至臻的科学真理吗？她对微观世界的描述会不会存在缺陷、错误、失误、偏差呢？
思考、认识、解决这些问题最好的办法应是追寻她诞生、发展的历史，从她的理论确立、演变过程中去寻找其中可能存在的疏漏或可以产生另一种解读的方法，或许可以帮助我们走出困境。
我们知道，量子力学的发展大致分为三个阶段：
1、经典量子力学（又称旧量子力学）
2、现代量子力学
3、量子场论.
现代量子力学及量子场论都是在旧量子论的基础上“补充”而发展起来的。
旧量子论出现于1900 年至 1925 年之间，虽然她并不很完整或一致，但一些启发式理论是对于经典力学所做的最初始的量子修正。旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论等，但旧量子论最亮丽辉煌的贡献无疑应属玻尔模型。
自从夫朗和斐于 1814 年发现了太阳光谱的谱线之后，经过近百年的努力，物理学家仍旧无法找到一个合理的解释。而玻尔的模型居然能以简单的算术公式，准确地计算出氢原子的谱线。这惊人的结果给予了科学家无比的鼓励和振奋，他们的确是朝着正确的方向前进。很多年轻有为的物理学家，都开始研究量子方面的物理。因为，可以得到很多珍贵的结果。
直到今天，旧量子论仍旧有声有色地存在着。它已经转变成一种半经典近似方法，称为WKB 近似。许多物理学家时常会使用 WKB 近似来解析一些极困难的量子问题。在 1970 年代和 1980 年代，物理学家 Martin Gutzwiller 发现了怎样半经典地解析混沌理论之后，这研究领域又变得非常热门。
不过，当我们仔细阅读与领会旧量子力学时，就会发现，有一个被我们近乎遗忘的物理学家索末菲，他对旧量子力学的发展与完善方面所做出的功绩可以与玻尔、卢森堡等比肩；但我搜索了“百度百科·量子力学”，阅读了量子力学发展史，却很难找到或很少提及索末菲；这使我茫然了……
由此，我想到了现代电磁学中物理学家特斯拉的地位，可以这么说，没有特斯拉就没有现代工业文明，更没有我们现代化的生活；同样，没有索末菲就没有精细结构常数，就没有现代量子力学，他在解释氢原子轨道运动时，借开普勒轨道运动思想，引入了椭圆运动概念，首先提出第二量子数（角量子数）和第四量子数（自旋量子数），并且提出精细结构常数和开创了X射线波动理论等。
索末菲与特斯拉都是二十世纪二位被遗忘的真正物理学“大家”，他们与很多诺贝尔奖获得者相比毫不逊色，但他们最终还是被诺贝尔奖和我们所遗忘，这真让人困惑不解！？
如果说，特拉斯的悲剧来自于他的高傲、孤僻、对手打压及政治禁闭；那么，索末菲却是一个谦和、博学，乐于助人的高尚之人，他既没有对手，也没有政治株连，他何以被诺贝尔奖与历史遗忘呢？这只有一个原因可以解释，那就是：自19世纪末期到现在，我们物理学研究的狂热度都放在对经典反叛的赞扬与鼓励上去了，对于像索末菲这样固守经典的物理学研究者自然不会给予鼓励与掌声。
在这个与“经典物理”决裂、“背叛至上”的年代，索末菲无疑是一个地地道道的经典守护者！他被这个时代、这个时代的诺贝尔奖遗弃是在自然不过的事。
但是，面对现在量子力学的迷茫与困境，我们又不能不去反思、留恋“经典”；经典力学真的就解释不了微观世界的运动现象吗？我看不尽然！
索末菲的旧量子理论给我们启迪：用“开普勒运动”可以解决波尔轨道形成与变化问题，用“谐振子模型”可以解释量子的离散、概率问题，用三维“旋转子模型”可以确定角动量、空间量子化问题等，而这些解释所用的理论都属于经典力学范畴呀。
我们也不应该忘记，索末菲还是一位造诣极深的陀螺运动研究专家；如果他当时能够认识到微观粒子就像一个自旋小磁陀螺一样，有自旋和自旋磁矩存在，且粒子自旋可以产生自旋磁场，相信，他的旧量子理论所取得的成就绝不会像今天这样处于“被取代”的命运中！
我由衷地敬佩他的“固执”秉性、怀念他的“守望”精神！我一直想沿着他对微观世界经典思索的脉络，为现在困惑的量子力学找扇“回家”的门！
量子力学不是“天书”，也不是“玄学”学，她应属于经典物理学——不过，需要予以补充、完善；我相信，总有一天我们会从索末菲哪里找到她“经典”的倩影和理想的注脚！
为此，我在努力着——磁陀螺，磁陀螺，磁陀螺......走自己的路，让他们去说去吧......
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德国物理学家阿诺德·索末菲
阿诺德·索末菲 （Arnold Sommerfeld, 1868年12月5日－1951年4月26日），全名Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld，是一位德国物理学家，量子力学与原子物理学的开山始祖之一。他发现了精细结构常数，一个关于电磁相互作用的很重要的常数。他也是一位杰出的老师，教导和培养了很多优秀的理论物理学家。
索末菲是目前为止教导过最多诺贝尔物理学奖得主的人，他首先提出第二量子数（角量子数）和第四量子数（自旋量子数），并且提出精细结构常数和开创了X射线波动理论。
学历
索末菲的家乡，东普鲁士的柯尼斯堡有一所享负盛名的大学，柯尼斯堡大学。索末菲申请到在柯尼斯堡大学读书。他学习的是数学和自然科学。毕业后，他又继续攻读博士学位。数学家费迪南德·冯·林得曼是他的博士论文指导老师。而数学家阿道夫·贺维兹和大卫·希尔伯特及物理学家艾密·维谢(Emil Wiechert)也让他受益良多。此外，他在参加德意志领邦同盟的学生联合会时脸上留下了因击剑造成的伤疤。索末菲在1891年(23岁)时取得博士学位。得到博士学位后，因为要领取教师证明，索末菲仍旧留在柯尼斯堡准备功课。1892 年，他顺利地通过了全国考试，获得教师证明。然后，他又进入军队服役，经过一年的训练，于 1893 年 9 月，完成兵役。但索末菲在服完兵役8年后又服了8周的自愿役。随着胡子的出现、逐渐变好的体格及普鲁士人的举止和脸上因击剑造成的伤疤，他给人一种身为轻骑兵里的上校的印象。
哥廷根大学
1893 年 10 月，索末菲幸运地靠着私人关系，进入德国的数学中心哥廷根大学，成为 Theodor Liebisch 教授在矿产学院的助理。Theodor Liebisch 教授曾经在柯尼斯堡大学教过书，是索末菲家庭的老朋友。
1894 年 9 月，索末菲成为数学家菲利克斯·克莱因的助理，纪录课堂的讲课内容。这样，学生可以在数学读书室温习他的笔记。他也是数学读书室的管理员。在克莱因的细心督导下，他通过了德语国家教授资格考试，准许他成为私人讲师 (Privatdozent) 。1895 年开始，他正式任职为哥廷根大学的私人讲师。身为一位私人讲师，索末菲在哥廷根大学主要教导各种各样的数学和物理数学，他授课的解偏微分法更是哥廷根大学第一次开的课程，他再把内容加以整理后成为六册的教材《理论物理学讲义》中的一册《偏微分方程物理数学》。1895和1896这两年，在克莱因教导旋转物体之下，索末菲和克莱因出了一套四册的教材《Die Theorie des Kreisels》，这本书是他们13年(1897-1910)来的研究成果。前两册主要在谈理论，而后两册是有关地球物理学、天文学和科技的应用。由于跟克莱因的关系，让索末菲专心于应用数学和讲课的技巧。
在哥廷根大学，他遇到了未来人生的伴侣，Johanna Höpfner ，哥廷根大学的政府官的女儿。1897 年10 月，索末菲被聘请为克劳斯塔尔工业大学的数学教授，继承物理学家威廉·维恩的位置。这个职位给予他足够的酬劳，能够维持一个家庭。于是，他与 Johanna Höpfner 共结良缘，养育了三个男孩，一个女孩，有一个快乐美满的家庭生活。
在克莱因的要求下，索末菲编辑了《数学科学百科全书》的第五册，这是他在1898到1926年的主要工作。
亚琛工业大学
1900 年，经过克莱因的大力介绍，索末菲被委任为亚琛工业大学，应用力学系的特别教授。在那里，他对流体动力学产生浓厚的兴趣。他发展出许多关于流体动力学的理论。后来，在慕尼黑大学，他的学生，Ludwig Hopf 与维尔纳·海森堡也都继续流体动力学的研究，写出高品质的博士论文[1]。
慕尼黑大学
1906 年，在物理学术界已颇具盛名，索末菲荣膺慕尼黑大学新成立的理论物理学院的主任[2]。索末菲理论物理学院主任的职位是慕尼黑大学物理学院的威廉·伦琴院长所指派的[3]。一直到十九世纪晚期与二十世纪初期，在德国，实验物理比理论物理更受重视，拥有较高的地位。可是，在二十世纪初期，理论物理学家，像慕尼黑大学的索末菲和在哥廷根大学的马克斯·玻恩，靠着他们的在数学方面的造诣与天赋，完全地将台面翻转过来，理论物理成为了主动者，而实验物理的角色缩化为理论的核对或促进。索末菲的博士学生，维尔纳·海森堡与沃尔夫冈·泡利，后来都因为在理论量子力学领域的贡献，分别获得了诺贝尔奖。而在取得博士学位后，包利、海森堡和沃尔特·海特勒（Walter Heitler）成为玻恩的助理，并且对量子力学的迅速发展有极大的贡献。
在慕尼黑，索末菲遇到爱因斯坦，开始接触到狭义相对论。那时，狭义相对论尚未被广泛的接受。索末菲在数学方面做了许多重要的贡献，给予狭义相对论更踏实的数学基础，帮助解释这理论的正确性，使许多仍旧持有怀疑态度的物理学家能够心服口服。1914年他与里昂·布里渊（Leon Brillouin）共同研究电磁波的传播于色散介质。他也是量子力学的开山祖师之一。他提出的索末菲模型，是玻尔模型的推广。他发现了精细结构常数，是电磁相互作用中电荷之间耦合强度的无量纲度量。他写了一本关于原子理论的书，《Atombau und Spektrallinien》。这本书成为新一代物理学家学习原子理论的必读书[4]。索末菲又将他的课堂讲义整理编辑，发表为一套六集的书籍，《理论物理学讲义》。
索末菲在慕尼黑大学教书三十二年，桃李满门，望重杏坛。索末菲知道如何发掘与招募优秀人才，提升他们对物理与数学的兴趣，培育他们成为理论物理的精英[2]。虽然索末菲身兼教授与学院主任二职，他跟学生和同事之间并没有任何隔阂。他常常邀请他们共同合作，乐意地接纳他们尖锐的想法与建议。索末菲除了教一般和专业的课程，他也举办了许多研讨会和座谈会。ㄧ般课程包括力学、变形体力学、电动力学、光学、热力学、统计力学和解偏微分法。一个礼拜有4小时，冬天有13周而夏天有11周，这些课程提供给有参加实验物理课程的学生。此外，每周有2个小时的简报时间以供讨论问题。这些特别课程都是基于当前的热门题目及索末菲的研究兴趣。从这些课程的得到的结论，时常会出现在索末菲发表的科学文献。这些特别课程的目的是要解决当下理论物理的焦点问题，同时使他与他的学生共同有系统地了解这些焦点问题。在1942-1951年间，索末菲致力于编改课堂讲义，后来出版为六卷书籍《理论物理讲义》。
玻恩相信索末菲具有研究和发现事物的天分。爱因斯坦告诉索末菲：“我特别钦佩你的是你能够从层土中制造出那么多的年轻天才。”做为一位教授与研究院院长，索末菲的风格并没有使他与同事和学生们出现任何距离，他会邀请他们与他共同合作，而他们的点子往往会影响他做学问的想法。他会邀请他们到他的房子，并在研讨会前会和他们在咖啡屋会面。索末菲在山中有一个渡假屋。每当节庆假日，他总会欢迎他的学生和同事来渡假屋钓鱼、打猎、爬山、或滑雪。暂时放下手里的工作，欣赏大自然的美景[2]。
1951 年，索末菲与两个孙子出外散步，不幸被车子撞倒。可惜伤势过重，回天乏术，享年 82 岁。
荣誉
索末菲一生得过无数的荣誉，像马克斯·普朗克奖章，洛仑兹奖章，奥斯特奖章 (Oersted Medal)[5]。他被选入皇家学会，美国国家科学院，俄罗斯科学院，印度科学理工学院，以及许多其它在柏林，慕尼黑，哥廷根，威尼斯，等等的科学院。他拥有许多大学颁发的荣誉博士学位。他唯一没有得到的是诺贝尔奖。但他曾经被提名 81 次之多，多过任何其它物理学家.[6]。也许是因为诺贝尔基金会，比较偏好开疆辟土的发现，或旋转乾坤的突破，而不是一生累积的成就。
2004年，为了纪念索末菲对于理论物理的贡献。慕尼黑大学新成立的理论物理中心命名为索末菲理论物理中心[7]。
https://d1.zgdhhjha.com/zh-sg/阿諾·索末菲
阿诺德·索末菲
人物生平
阿诺德·索末菲（1868～1951）德国物理学家。1868年12月5日生于东普鲁士的柯尼斯堡(今俄罗斯加里宁格勒)；1951年4月26日卒于巴伐亚的慕尼黑。对原子结构及原子光谱理论有巨大贡献。对陀螺的运动、电磁波的传播峙别在衍射力一而）以及金属的电子论也有一定成就。
索末菲靠着伦琴的影响接替了玻耳兹曼在慕尼黑大学的职位。他的主要兴趣在X射线和γ射线方面,劳厄对X射线的研究是在他的带动下进行的。
1916年,他对玻尔的理论提出修正,即引入了电子的椭圆轨道,在作这样的修正时,他把爱因斯坦的相对论应用于高速运动的电子,这样,相对论和普朗克的量子都在这种原子模型中找到了自己的位置。人们往往把这种原子模型叫做玻尔-索末菲原子模型。
1886年在柯尼斯堡大学主修数学，1891 年获博士学位后 ，任哥廷根大学助教 。1897年任克劳斯塔尔矿业学校数学教授，
索末菲与玻尔
1900年任亚琛技术学院教授。1906年起任慕尼黑大学理论物理学教授。在慕尼黑大学工作期间他做了最重要的研究工作，提出用椭圆轨道代替玻尔原子的圆轨道，引入轨道的空间量子化等概念，成功地解释了氢原子光谱和重元素 X 射线谱的精细结构以及正常塞曼效应（见索末菲椭圆轨道理论）。他的金属电子论，对温差电和金属导电的研究很有价值。索末菲是一位出色的教师，学生P.J.W.德拜 、W.K.海森伯、W.泡利和 H.A.贝特等人还获得了诺贝尔奖。索末菲坚决反对纳粹德国的反犹太运动和所谓“德意志物理学”，无畏地表示了自己的明确立场，纳粹刊物曾攻击他是“文化界中犹太文化的代理人”。
索末菲于1951年4月26日与孙子外出时，被一辆汽车撞倒后不治而逝世。
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