埃爾溫·薛定諤，你所不知道的事

奧地利理論物理學家埃爾溫·薛定諤（ErwinSchr?dinger, 1887-1961），量子力學的奠基人之一，他建立了量子力學的另一形式——波動力學，提出著名的薛定諤方程，並證明自己的波動力學與海森堡、玻恩和約當所創立的矩陣力學在數學上是等價的，令整個物理學界為之震驚。他因發展了原子理論與狄拉克（Paul Dirac）共獲1933年的諾貝爾物理學獎。

可以打賭的是，當聽到「薛定諤」這個詞時，你立馬想到的肯定是薛定諤的貓。但你有沒有真的了解這個著名悖論背後的這個男人呢？

小編這裡給你提供的有關薛定諤的故事絕對是純凈版。保證，沒有物理！

一、薛定諤是怎麼想出波動方程的？

瑞士物理學家弗里克斯·布洛赫講述了波動力學誕生的故事：一天，諾貝爾獎獲得者皮特·德拜說：「薛定諤，你現在工作的方向不對啊，沒在重點上。要不你回去研究研究，回頭給我們講講德布羅意的工作怎麼樣？聽說現在好多人在搞這個啊。」

圖2 布洛赫（左）、德拜（中）、薛定諤（右）。三位都是諾貝爾獎獲得者。

於是薛定諤就幹了。他回去查查論文，然後就做了個報告，講了講法國那個哥們路易斯·德布羅意的假設，即物質也有波的特性。報告完後，德拜卻不認同這個報告的內容，覺得這樣的想法「很傻很天真」。他指出：「要處理波的特性，你起碼得有一個波動方程才行啊。」

薛定諤就把這話放心上了。很快他離開妻子，到瑞士阿爾卑斯山去度兩個半星期的小假——只帶了德布羅意的論文，維也納的一個情人（具體是誰現在還是個謎）以及兩顆珍珠。情人還好理解，帶珍珠幹嘛？！別急。原來他向自己的情人「請教」以期獲得靈感的時候，會把兩顆珍珠塞進耳朵里，讓自己的世界安靜下來，這樣才好開始著手波動力學的工作。

阿爾卑斯山麓的小長假結束後，回去他就做了個報告，報告上薛定諤說：「之前德拜給我提了個建議，說應當有個波動方程——好，現在我有了。」

圖3 薛定諤及薛定諤方程

數年後，布洛赫跑到德拜那兒，問他這段經歷。德拜卻說：「啊，有嗎？我忘了。」不過布洛赫覺得吧，估計德拜是後悔了，當時就不該給薛定諤提建議去做這個方程，而應該自己干。不管怎麼說吧，德拜轉頭又問布洛赫：「我這麼做應該是對的吧？」

二、薛定諤紙幣

曾經有一個物理專業的博士後跟我說：「物理中沒有金錢」。這也許是對的。不過金錢中卻有物理！

圖4 圖5 奧地利1000先令（流通時間為：1983年-1997年）。正面是薛定諤的頭像，背面是維也納大學。

瞧，薛定諤紙幣，1983年開始流通，1000先令，是奧地利貨幣中是第二大的面額了（最大的是5000先令），放在現在大概值五張半的毛爺爺。不過很遺憾，到1997年就不再流通，換成了奧地利著名的醫學家、生理學家卡爾·蘭德斯坦納。畢竟世界這麼大，牛人這麼多，得風水輪流轉嘛。好希望能時光逆轉，去奧地利換張1000先令的薛定諤回來供著啊。

圖6 圖7 奧地利現在流通的1000先令。正面和反面都是卡爾·蘭德斯坦納。蘭德斯坦納是生理學諾獎獲得者，是他首先發現我們的血液分A，B，O，AB四種類型的，在他之前輸血是會死人的。

三、薛定諤不僅僅是搞物理

他除了去領領諾獎，參加些物理學的會議外，不忙的時候他其實非常喜歡滑雪、溜冰、游泳或者爬山的。薛定諤的大名，除了做物理的人耳聞能詳外，他也是生物領域的大牛，估計沒有幾個學生物的人不知道他的傑作《生命是什麼》，這本書給生物界帶來了多大的「地震波」真的難以估量；據說搞清除DNA螺旋結構的沃森和克拉克就深受此書影響。物理和生物之外，他還會搞搞哲學、倫理學和宗教研究。

圖8 《生命是什麼》英文本和中譯本。書中主要觀點認為，物理學和化學原則上可以詮釋生命現象。

薛定諤還留下了不朽的詩作：作為一位偉大的抒情詩人，並在語言的藝術中試露過鋒芒，為後人留下獨具一格的不朽詩作的卻僅只有薛定諤一人，這在自然科學史上是一個獨特的現象。1949年，薛定諤在前西德的一家出版社出版發行了一部《詩集》。下面就是其中的一首：

葡萄飽含著汁液鮮美而香甜，

在那山前，它現出目光深沉的容顏。

太陽在八月蔚藍色的天空里，

發熱，燃燒著，讓冷颼颼的山風消散。

紫色的野果把紅日引到身邊：

請嘗一嘗串串的果兒饋贈的香甜。

汁液沿太陽的血管緩緩流動，

它蘊藏著給你和他人的歡樂無限。

啊！已臨近歲暮，那成熟之年，

夜晚降臨了，帶來的是凜烈嚴寒。

雲兒在高空飄浮，在那日出之前，

寒霜覆蓋網一般的別緻的藤蔓。

1961年薛定諤逝世時，玻恩在一篇悼文中這樣評價他：「我無法描繪這位出色的、多才多藝的人物形象。他涉足的許多領域我知之甚少，特別是在文學和詩作方面。」當然，我們無法說出詩人與科學家、文學與科學之間究竟有什麼內在的、必然的有機聯繫。但是，愛因斯坦與玻爾各自的一席話，卻能引起我們無限的深思。愛因斯坦說：「在科學思維中，永遠存在著詩歌的因素。」玻爾則認為藝術之所以能豐富我們的想像，其原因「就在於藝術能給我們提示系統分析所達不到的和諧。可以說，文學、造型和音樂藝術形成表現方法的連貫性，而在這種連貫性中，越來越充分地放棄科學報道所特有的準確定義，從而為幻想提供更多的自由」。薛定諤的成功，顯然是與他高超的文學藝術素養所息息相關的，它對薛定諤創造性思維的發展無疑起了積極的作用，這就是所謂的「通才取勝」。可以說：研究自然科學的人，如果不懂得藝術，那將是一個很大的欠缺。

四、薛定諤「復活」——在《飛出個未來》（Futurama）劇情中

圖11 Futurama Wiki中關於薛定諤（角色）的介紹。薛定諤被認為出生於1887年，死於1961年，但被人在公元3011年的紐約街頭看到。所以有可能他並沒有死，而是被冷凍起來了。

注釋：《飛出個未來》是一部美國喜劇漫畫及動畫片，曾榮獲過艾美獎。主要講述一個前紐約外送披薩的小店員PhilipJ. Fry，在2000年即將到來前的幾秒鐘被低溫冷藏了起來，然後在未來的2999年新年前夕被解凍，之後在未來世界冒險生活的故事。在這個片段中，薛定諤已經1129歲。

在《飛出個未來》的一個片段中，薛定諤復活了。由於他違反交通規則，超出光速15英里/小時（c+15英里/小時）行駛，且攜帶一個裝有貓、毒藥和銫原子的盒子，於是遭到人民警察Fry和URL的追捕。

圖12 圖13 劇照。

FuturamaWiki（官方指南）中劇本是這樣的：

【環形城，Fry和URL用槍指著薛定諤】

Fry：DNA和身份晶元！

「薛定諤舉起他的手，Fry用一支槍刺了一下，彈出一個全息圖寫著：NNY DMV，ERWIN SCHR?DINGER以及薛定諤的照片」

URL：埃爾溫·薛定諤，嗯？盒子里是什麼，薛定諤？

Sch：呃……一隻貓，一些毒藥，還有一個銫原子。

Fry：貓！活的還是死的？「薛定諤還沒來得及回答」活的還是死的？「URL將薛定諤推向車門，警告他。」

URL：回答，笨蛋！

Sch：它現在是兩種態的疊加，直到你打開它，讓這個波函數塌縮……

「Fry進入車中」

Fry：閉嘴……

「Fry打開盒子，一隻貓跳出盒子，撞上Fry。Fry尖叫一聲。URL鑽進車裡仔細看了一下盒子」

URL：這還有大量毒劑。

……

五、薛定諤對他建立的量子力學說：「我不喜歡它。」

這個人中鬼才的物理學家到底是怎麼看待量子力學中的幾率解釋的呢？薛定諤自己曾說：「我不喜歡它，我真的很為我做的這些量子力學的事情感到抱歉。」之後物理學家Gregor Wentzel對他說：「薛定諤啊，幸虧其別人比你自己更相信你的那個方程……」

圖14 量子力學入門，學過量子力學的同學應該能夠看懂其中很多公式。

六、薛定諤的貓只是薛定諤取笑量子力學的一種方式

圖15 注意薛定諤的貓！這是一個陷阱！

現在我們回到薛定諤的貓，還記得它吧。諷刺的是，薛定諤的這個著名的思想實驗實際的目的只是為了取笑量子物理的奇怪特性的。

在1935年，愛因斯坦，Boris Podolsky，和Nathan Rosen合寫了一篇論文，提出了量子糾纏的奇怪本性——一個量子系統的態並不是確定的，直到它實際中被測量。

所以，薛定諤寫了：

圖16 思想實驗之薛定諤的貓。

我們可以構建一個相當荒謬的案例。一隻貓被關在一個鐵箱子里，箱子里還有以下裝置（這些裝置貓是觸碰不到的）：在一個蓋革計數器中，放入少量放射性物質，很少量，在這節課的一個小時內可能只有一個原子衰變，但也有同樣的概率，沒有衰變；如果衰變發生，計數器管放電，通過一個延遲釋放的鎚子擊碎一個小燒瓶中的氫氰酸。如果我們把這個系統放那一小時，如果這段時間沒有原子衰變，我們可以說貓還活著。用函數來表示這個系統的狀態的話，它將是一個活貓和死貓的混合態。

圖17 在為打開箱子之前，系統處於活貓和死貓的疊加態。

這是一個典型的將約束在原子區域的不確定轉變為宏觀不確定的案例，而宏觀不確定性可以直接通過觀測確定下來。這讓我們不能如此天真地接受一個「模糊的理論模型」來代表現實。而這個案例與那些搖晃的或沒對焦的相機以及雲室、霧室的快照不同，它本身並不包含任何不清晰的或矛盾的事情。

來源：中科院物理研究所，如有侵權請聯繫刪除

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