麥克斯·玻恩
一、求學
1882年12月11日，麥克斯·玻恩出生於德國普魯士西裏西亞省首府布雷斯勞的一個醫學家的家庭裏。他的父親古斯塔夫·玻恩是布雷斯勞大學醫學係解剖學和生理學教授，對研究胚胎學和進化機製很感興趣。他的母親是一位工廠主的女兒。
玻恩是在一個科學氣氛很濃的有教養的家庭裏成長起來的。當他還是一個小孩子的時候，就經常和姐姐一起到他父親的實驗室裏去觀察父親的實驗工作。當他還是一個小學生時，就經常旁聽父親和其他一些教師和朋友關於醫學及其它科學研究和發展的談話，他們之中有606的發明者和化學療法的創立者保爾·埃爾利希，有發現了淋球菌和其他微生物的皮膚科醫生阿爾貝特·奈賽兒。家庭的學術氣氛對玻恩的影響很大，使他有機會接觸到最新的科學觀點和科學發展成就。但是，美好的家庭生活並沒有持續很久，在玻恩還很小的時候，他的母親就去世了，後來他的父親也去世了。在小學和中學時期，玻恩的表現平平常常，沒有顯示出什麼與眾不同之處。他的各科成績也是中等水平。
1901年，玻恩進入一所普通的德國大學預科學校學習。在那裏主要課程是拉丁文、希臘文和數學，玻恩對這幾門課都不大感興趣。在這所學校裏，有一位叫馬施克的數學教師對玻恩的影響很大。他不僅是一個卓越的教師，而且是一個聰明的實驗家和一個很善良的人，他同時也教物理學和化學。玻恩常聽他的物理課，受到他教學熱情的感染。玻恩和另一位男生一起，協助馬施克在他的小實驗室裏重複地做馬可尼關於無線電通訊的實驗，終於成功地把一個信號從一個房間傳到了另一個房間。玻恩非常興奮，激動地將他們實驗成功的消息告訴了校長埃卡德博士。
古斯塔夫·玻恩去世前，曾教導他的兒子，在大學中不要立刻確定專業，而要先聽各種不同學科的講演，一年以後再作決定。在那時的德國各大學中，學習氣氛自由。大多數課程沒有一定的教學計劃，既不檢查聽課人數，除畢業生外也不舉行考試。每個學生可自選他最感興趣的那些課程，由他自己負責在畢業考試前獲得必要的全部知識，以便有權從事某種職業或取得學位。所以在第一年中，玻恩給自己定了一個相當龐雜的計劃，包括物理學、化學、動物學、哲學、邏輯學、數學和天文學。
在這一時期，玻恩也閱讀了許多社會科學著作，其中包括馬克思和其他社會主義者的著作，並接觸了康德和黑格爾的哲學，這是玻恩的哲學啟蒙階段。
在眾多的學科中，玻恩尤其對天文學和數學感興趣。著名的月球研究者、天文學家尤利烏斯·弗蘭茲對天體的研究工作對玻恩產生了強烈影響。弗蘭茲對月球表麵的了解程度勝過了當時人們對地球地理的了解程度。盡管學校裏天文台的所有設備都是陳舊的，與其說是中用的，不如說是中看的，隻有幾台瓦連斯坦時代的，類似開普勒曾使用過的古老望遠鏡。他們沒有電計時器，是數著大鍾的響聲，估算著十分之幾秒的時間。玻恩在這所具有古老的浪漫主義藝術魅力的觀測學校裏，向弗蘭茲學會了準確地使用儀器，精確地進行觀測，迅速地排除觀測錯誤和精確地進行數字計算。他學會了一位測量科學家的全部本領。通過對天文學的學習和觀測，他有了腳踏實地，基礎牢靠之感。這段時間他在天文學中所學到的知識和修養對他以後在其它方麵的發展也有很大意義。
不久，玻恩開始集中精力鑽研數學，並且得到了相當紮實的訓練。在數學課中，雅科布·羅紮奈斯教授講授的矩陣計算課對玻恩的未來影響很大，使玻恩對高等數學代數法有了最初的概念。這種方法研究的不是單個的數，而是同時分布在由行和列組成的直角矩陣中的數和函數的集。
在當時，矩陣計算隻屬於純數學領域，它尚未應用於其它自然科學中。因此，大多數物理學家並不了解它。這種情況正好像黎曼的非歐幾裏得幾何學一樣，在愛因斯坦的相對性引力學說之前，曾經僅僅是數學家們感興趣的純抽象的理論。但是，類似1915年愛因斯坦使黎曼幾何學出乎意外地具有了宇宙論方麵的意義一樣，經過10年，玻恩使矩陣計算對微觀物理學具有了重要的意義。
20世紀初葉，德國的學術空氣是非常自由的，教學方式也很自由，德國的大學生們通常以各種理由從一所大學轉到另一所大學。有時候是因為著名的教授或設備齊全的實驗室在吸引他們；有時候卻是因為城市的優美環境，博物館、音樂會、劇院、冬季體育運動、狂歡節等愉快的生活條件在吸引他們。玻恩也是這樣，他在奈加河畔可愛而快樂的小鎮海德堡和阿爾卑斯山附近的蘇黎世各渡過了一個夏季學期。在海德堡的學習階段，並沒有給他行進在科學的道路上帶來很多東西，但是他在那裏結識了詹姆斯·弗蘭克，他們倆同時在聽數學家裏昂·克尼斯貝格的課。後來，詹姆斯·弗蘭克成了玻恩最親密的朋友，並且成為戈丁根大學物理係的同事。
在蘇黎世，玻恩對數學家阿道夫·胡爾威茲的講課入了迷。阿道夫·胡爾威茲是當時第一流的數學家，他曾是愛因斯坦的老師。他關於橢圓函數的演講，使玻恩了解了現代分析的精神。
玻恩總是在故鄉布雷斯勞度過冬季學期。對他作為科學家的發展來說更具決定性意義的是去戈丁根求學。玻恩是從他的同學及朋友奧托·特普利茨和恩斯特·裏林格那裏了解到德國的數學聖地是戈丁根，那裏有三個大數學家：弗利克斯·克萊因、達維德·希爾柏特和海爾曼·閔可夫斯基。因此，玻恩立即決定去戈丁根求學。1904年，玻恩與奧托·特普利茨、恩斯特·裏林格和另一位朋友裏夏德·庫朗（來自布雷斯勞的小組）一行四人前往戈丁根。
在戈丁根，玻恩主要聽了希爾柏特和閔可夫斯基的講課。當時希爾柏特正處於其科學聲譽的極盛時期，希爾柏特和閔可夫斯基從學生時代起就是朋友，他們不僅在自己的學科裏，而且在各個方麵都是最卓越的人物，玻恩非常尊重和敬仰這兩位數學大師。
來到戈丁根後僅一年，玻恩就被希爾柏特看中，選做他的“私人助理”。這證明了這位初出茅廬的物理學家已掌握了高深的數學知識和技巧。做希爾柏特的“私人助理”是一個不很明確的職務，不付工資，但卻有難以想象的重大價值，因為這使玻恩有機會天天看到他工作並聽到他談話，玻恩常常應邀和希爾柏特、閔可夫斯基一同在森林裏漫步。雖然他早已習慣於在他父親的生物學家朋友們中間自由而活躍的討論，但是這兩位偉大的數學家觀察世界的方式，還是給玻恩留下了極為深刻的印象。玻恩從這兩位大數學家那裏不僅學到了最先進的數學，而且還學到了一種更為重要的東西，那就是對社會和國家的傳統製度的批判態度，這是玻恩一生都保持著的。
在玻恩向希爾柏特學習期間發生的一件事，對玻恩產生了很大影響。一次，幾位學者在議論對近代天文學家伽利略的審訊時，有人責備伽利略沒有堅持自己的信念，希爾柏特相當激烈地回答：“但他不是一個白癡。隻有白癡才能相信，科學真理需要殉難；殉難在宗教裏也許是必要的，但是科學的結果在適當的時機自會得到證明。”玻恩認為，希爾伯特的這種教導給他指明了生活和科學道路上的方向。
在戈丁根，玻恩最不感興趣的是被學生們稱為“偉大的費裏克斯”的費裏克斯·克萊因。他不喜歡克萊因的講課，認為講得太麵麵俱到，因而常常在克萊因的課堂上缺席，這引起克萊因教授的不快。在克萊因和應用數學教授卡爾·龍格共同主持的一個關於彈性問題的研究班上，由於一個同學生病，玻恩被提名臨時提出一個關於彈性問題的報告。因為沒有時間作準備，玻恩隻好臨場發揮，誰知這個報告給克萊因的印象很深，以致他建議，這個報告可參加大學的年度比賽，並要求玻恩提交一篇論文。因為參加有獎比賽的論文必須匿名提出，玻恩不能征求教授們的意見。這樣，玻恩開始了第一次獨立地做科學研究工作。玻恩的論文題為《在各種邊界條件下平麵上和空間內彈性線穩定性的研究》，他在學生宿舍用自製的簡單儀器完成了這項研究的實驗部分。在這篇論文的寫作和實驗中，玻恩第一次感覺到了理論和測量的一致所帶來的滿足和喜悅。這篇論文很成功，獲得了戈丁根大學的比賽獎金。
麥克斯·玻恩由於在彈性理論領域內的工作而於1907年獲得了哲學博士學位，費裏克斯·克萊因提請授予了該項工作大學哲學係的獎金。
玻恩對天文學的愛好在戈丁根也吸收了新的養料。當時，卡爾·施瓦茨西德領導著戈丁根天文台，高斯也曾在此天文台工作過數十年。施瓦茨西德30歲時曾是大學最年輕的教授之一，後來他作為波茨坦天體物理觀測台的領導人而聞名，現在耶拿邁郊陶廷堡天文台就是以他的名字命名的。玻恩在施瓦茨西德那裏參加了他的天體物理學討論會，並第一次研究現代天文學問題，他們還在一起討論行星和大氣問題。在這一時期，玻恩係統地學習了氣體動力學理論，並作過關於因擺脫重力而發生擴散及進而向星際空間漏氣的報告。
卡爾·施瓦茨西德的研究工作並不局限於天體物理專業，他還寫下了幾何光學方麵的經典著作，年輕的玻恩向施瓦茨西德學會了許多天文學、物理學、光學方麵的新知識。後來，施瓦茨西德在第一次世界大戰期間去世了，愛因斯坦發表了激動的演說悼念他。玻恩也總是懷著激動的心情回憶這位良師。
正像父親古斯塔夫·玻恩去世前教誨的那樣，玻恩在求學時期，沒有固定自己的專業，而是汲取多方麵的知識養料。戈丁根又是全德國科學研究的聖地，這裏彙聚了許多知名的學者、教授，有著濃厚而自由的學術氣氛，使玻恩得以在浩瀚的知識海洋中自由自在地遨遊。在這裏，玻恩不僅學到了許多知識，打下了紮實的基礎，而且形成了他自己獨特的世界觀。他一直認為，科學的哲學背景始終比科學的特殊成果更為重要，這一觀點貫穿於他一生的研究工作，其結果之一，就是使他沒有卷進核裂變及其應用於原子彈。這使他能從公正的和客觀的觀點出發來考慮與之相關的倫理問題和政治問題。
二、成為物理學家
1907年1月，玻恩獲得戈丁根大學哲學博士學位後，先去服了一段時間的兵役，由於嚴重的氣喘病而退役。該年春，為了多學習一些物理學的基本知識，玻恩去了英國的劍橋。在那裏，他成了岡維爾和凱厄斯學院的研究生，參加實驗和聽課。在約瑟夫·約翰·湯姆森的實驗室，原子研究大師湯姆森以其絕妙的、令人激動的實驗示範對玻恩產生了很大影響。但拉莫爾對電磁學的介紹卻都是玻恩從閔可夫斯基那裏學過的。因此，玻恩在劍橋隻呆了6個月，就回到了德國。但英國人民的親切和好客，學生生活以及學院和鄉村的秀麗風光，都給玻恩留下了很好的印象。
1907年秋，玻恩回到了故鄉布雷斯勞。在布雷斯勞大學，有兩名物理學教授奧托·盧麥爾和恩斯特·普林斯湯姆，他們在黑體輻射方麵已很有研究。90年代，他們在柏林完成了黑體輻射的測量，這些測量促進了普朗克發現基本作用量子，玻恩想在這兩位物理學教授的指導下提高實驗技巧。由於疏忽大意，玻恩的實驗室內跑了水，之後，實驗的嚐試也就中止了，玻恩又轉而研究起理論問題來。不久，他發現了愛因斯坦1905年發表的關於相對論的論文，立刻就被它吸引住了。玻恩把愛恩斯坦關於相對性原理的思想和閔可夫斯基的數學方法結合起來，發現了一個直接計算電子電磁（質量）的新方法，並據此寫了一篇電子運動相對論的論文。他把這篇論文的手稿寄給了閔可夫斯基。令他驚訝的是，閔可夫斯基回信邀請他回戈丁根大學，幫助他做相對論方麵的研究工作。
1908年底，玻恩又回到了戈丁根，他和閔可夫斯基愉快地工作了幾個星期。不幸的是，1909年1月，閔可夫斯基得了闌尾炎，做了闌尾炎手術之後就去世了，年僅44歲。閔可夫斯基的去世，使玻恩的全部希望都破滅了。這時候，玻恩被閔可夫斯基邀請來研討的那篇關於電子運動相對性的論文在數學會上的演講很成功，因而於1909年獲得了教授理論物理學的權利。在取得講師職務的競選報告中，他分析研究了湯姆森提出的原子模型。這樣，玻恩就得以在戈丁根定居下來。
1909年，在薩爾斯堡舉行的科學會議上，玻恩第一次見到了愛因斯坦，此後這兩位科學家經常通信，主要是討論相對論。在這次科學大會上，愛因斯坦提出了光的量子假說。他的這篇論文引進了光量子或光子的概念，並對光電效應和其它現象作了革命性解釋。愛因斯坦在把量子理論重新應用於固體的熱性質時，用了一個單振子的模型來描述晶體中的振動。這造成了理論和實驗之間小小的脫節。因此，玻恩和卡曼試圖借助於考慮點陣振動的全部光譜來消除這些脫節，這個實驗同時證明了X射線的波動性質和晶體的點陣結構。
這項工作結束以後，卡曼離開玻恩，開始專門研究流體動力學和空氣動力學，並在這兩方麵都享有盛名。而玻恩仍舊研究物理，固體比熱的工作為他以後的研究開辟了兩條主要路線：點陣動力學和量子理論。從此，玻恩將自己的專業固定在物理學領域，開始了一個物理學家的研究工作。
三、與愛因斯坦的友誼
1912年，玻恩開始按一個龐大計劃進行研究：從點陣假設出發，來導出一切晶體的性質，晶體的粒子在內力作用下可以移動。主要結果是說明了對彈性常數間的科希關係的偏離；證明了振動光譜由兩種不同類型的譜帶，即光帶和聲帶組成，並且把P·埃瓦爾德關於晶體中的電磁波的絕妙理論並入了點陣動力學。
正當玻恩著手寫一部係統論述晶體運動問題的專著《晶格動力學》的時候，1914年，第一次世界大戰爆發了。這時，柏林大學根據麥克斯·普朗克的建議聘請他這個才華出眾的青年物理學家擔任柏林大學物理係理論物理學副教授職務。普朗克在陳述這一聘請理由時強調：玻恩博士是一位思維清晰、學識淵博、全心全意忠於科學和科學進步的理論物理學家，他具備講課和聯絡學生所必需的一切品德。他品學兼優，符合對一位新的副教授的個性所提出的全部要求，因而在這種情況下，本係十分樂意為不久前建立的教研室作出第一個任命，並提出這唯一的候選人。
1915年春，玻恩前往柏林，他剛開始講課不久，很快就被迫去參軍。在空軍無線電部門服役一個短期後，應他的朋友魯道夫·拉登堡的請求，玻恩被調到一個炮兵研究機構的“聲學測位”部門——通過在不同地點測定炮聲傳到的時間來尋找大炮的位置。許多物理學家都在這裏工作，玻恩在這個崗位上有可能從事自己的科學研究。他和蘭德繼續研究，試圖測定離子性晶體的內能，而且因馬德隆的幫助獲得了成功。馬德隆發展了一種計算點陣中庫侖力能量的方法（馬德隆常數），根據這些結果，玻恩得到了簡單的異極分子的形成熱。這是根據純物理學數據測定化學反應熱的第一個例子。在這項工作中，玻恩還得到了化學家弗裏茨·哈伯的幫助，因此，這項工作被稱為玻恩—哈伯理論。
1915—1919年在柏林的這段期間，玻恩與愛因斯坦經常相會。在戰爭的黑暗時期，與愛因斯坦的友誼成為玻恩最大的安慰。玻恩多才多藝，鋼琴彈得很好，而愛因斯坦則喜愛拉小提琴，因而他們經常在一起彈琴消遣。在戰爭即將結束前，有許多知識分子，如曆史學家德爾布留克、經濟學家布倫坦諾、物理學家愛因斯坦等人，組織了一種集會，並邀請外交部的高級官員參加，討論科學問題、政治形勢和軍事形勢，玻恩也經常參加這種集會。這些知識分子強烈反對德國政府無限製地擴充潛水艇的軍事行動和政治目的，並且確信它們會導致災難。
在此期間，愛因斯坦完成了他的廣義相對論，並同玻恩進行了討論，玻恩看到“他的概念的偉大，使我深受感動，以致我決定決不在這個領域裏工作”。1919年，當英國日食考察隊的觀測結果公布之後，開始掀起了“愛因斯坦熱”和對相對論的敵意攻擊，玻恩在《法蘭克福報》上發表了幾篇相當激烈的文章來捍衛愛因斯坦的理論，並回敬了那些對相對論的攻擊。一年以後，玻恩的這些文章和有關相對論的報告被彙聚成《愛因斯坦的相對論》一書出版，成為敘述和普及愛因斯坦相對論的基礎。
1919年春，玻恩作為正式教授來到了萊因河畔法蘭克福大學。在那裏，他接任馬克斯·馮·勞厄教研室的職務，而勞厄到柏林大學去。這種“調換”是根據勞厄的願望進行的，兩所大學也都同意。因為勞厄極想回到他最初開始從事科學活動的柏林大學，以便與他尊敬的導師麥克斯·普郎克一起工作。玻恩也十分懷念在柏林的這段生活，因為當時他同愛因斯坦和普郎克的關係是那樣親密無間。
在法蘭克福大學，玻恩擁有一個小小的研究所，配備著各種儀器。奧托·施特恩成為玻恩的第一位助教，他立刻在玻恩指導下投入工作，很快地利用了這些實驗設備。他為了研究原子的性質，提出了原子射線的方法，並為在實驗上證明麥克斯韋關於氣體中的速度分布定律而第一次運用了這種方法。後來奧托·施特恩與實驗物理學研究所助教瓦爾特·格拉赫一起，運用原子射線方法研究了量子理論中的方向量子化問題，這就是著名的分子射線實驗。這些實驗出色地證實了量子論的一個基本結論：在磁場中原子的定向量子性。當納粹掌握德國政權後，施特恩於1933年被迫離開了在漢堡的教研室而遷居到美國，他由於自己的研究成果而於1943年獲得了諾貝爾物理學獎。
玻恩還領導了其它的實驗研究。他同他的第二個助教E·博爾曼女士一起，提出了一種確定空氣中中性原子自由行程長度直接測量的方法。這項工作後來由他的一個學生F·比爾茨在戈丁根用更準確的方法繼續作下去，後來，在幾個實驗室裏得到改進，用以確定原子和分子間的相互作用力。
玻恩自己繼續從事點陣能量及其化學結論方麵的工作。這時候物理化學教授R·洛倫茲幫助玻恩注意到單價離子的遷移率存在著較大的比較小的快的異常現象，使玻恩在一個更廣泛的研究範圍中對這些現象提出一種解釋，這種研究被叫做電流體動力學，類似於現在的磁流體動力學。後來，玻恩又和他的學生P·勒爾特斯合作，在實驗上證實了分子的電偶極子的力學效應，他們的方法是證明一個充滿了不導電液體的玻璃棒，會由於一個快速轉動的電場而開始轉動。
四、創立量子力學
1921年，玻恩在法蘭克福大學工作兩年後，被提議繼其過去的老師彼德·德拜任戈丁根大學物理係主任，兼管理論物理和實驗物理。玻恩認為，自己獨自指揮由兩個獨立部分組成的大實驗室有些力不從心，所以他成功地說服了教育部長重新把物理係分開，並把他的老朋友詹姆斯·弗蘭克請到戈丁根。這樣，物理係就由特約教授羅伯特·玻爾和詹姆斯·弗蘭克任實驗物理學教授，玻恩自己任理論物理學教授而組建起來。他們三人經常合辦討論會，輪流擔任主席。1925年，詹姆斯·弗蘭克和古斯塔夫·赫茨由於他們在光譜激發方麵的工作而被授予諾貝爾獎金，這項工作證實了玻爾關於原子的量子理論。
玻恩在戈丁根任理論物理學教授的最初幾年裏，主要是研究點陣動力學。他還寫了一些書，記載他這一時期的主要研究成果。其中有《物質結構》一書，它被譯成了許多種語言出版。應《數學百科全書》物理學部分的編輯索末菲的請求，玻恩寫了一篇關於固體的原子理論的論文，這篇論文後來作為一本書《固體的原子理論》於1923年出版。在此書中，玻恩對晶體動力學理論進行了新的研究。在玻爾和索末菲晚期原子論的基礎上，玻恩研究了原子物理學和化學的聯係。他在發表於《自然科學》上的《化學和物理學之間的橋梁》一文，詳細地介紹了這種聯係。
不久，玻恩就將主要興趣和研究重點轉向了量子力學理論。1924年，玻恩首先在一篇論文中采用了“量子力學”這個術語，從而使這個術語進入了物理學文獻之中。在這一時期，玻恩對原子物理學的進一步形成產生了十分強烈的影響。1925—1927年，玻恩製定了統計原子力學原理，玻恩本人深入思考並奠定了量子力學的幾率詮釋。他建立了“關於自然現象的新的思維方式”，他最大的科學功勳就在於此。