埃爾文·薛定諤

英杰

興趣廣泛

埃爾文·薛定諤1887年8月12日出生于奧地利首都維也納.維也納是一座美麗的城市，多瑙河從市中心穿城而過，其悠久的歷史文化也讓從小生活在這個城市里的薛定諤產生了深深的迷戀.他的父親魯道夫·薛定諤是一位油氈工廠的廠主，受過良好教育，熱愛自然科學和藝術，有深厚的文化修養，憑借著高超的經營手段，工廠的效益一直不錯，因此小薛定諤的童年過著一種衣食無憂的優越生活.

富裕的家境讓薛定諤無憂無慮，作為企業家的父親非常重視對兒子的培養和教育.在早期的家庭教育當中，父親對他的影響是最大的，他常常在和父親玩樂的過程中學到許多有用的知識，并時刻保持著一種對外界事物的好奇心.薛定諤后來在回憶父親時，話語間總是充滿了對老人的無限懷念和敬仰.父親對他的呵護和安定的生活讓他健康地成長，也讓他充分發展了自己的興趣和愛好.

11歲的時候，薛定諤考入了維也納高等專科學校的預科班.從這時開始，他在學習能力上的天賦和優勢逐漸體現了出來.他從來不去死記硬背那些歷史事件和人物傳記中的數字，也不花大量的時間去埋頭苦讀，特別是數學和物理，他常常用他自己獨創的方法馬上就得出老師所出題目的結果，其速度常常讓老師們吃驚，以致在此后的三年中老師不得不單獨出一些較難的題目給他做，但這絲毫難不住他.他還常常用大量的時間去學習英語和法語，而當時這兩門語言還沒有列入學校的課程.除此之外，他還熱衷于戶外運動，徒步旅行和登山是他最喜歡的項目.

去蘇黎世

1906年，薛定諤以優異的成績考入了維也納大學，主修課程是物理和數學.維也納大學始建于1365年，是奧地利歷史最悠久的大學，也是德語區國家最古老的大學之一，還是27位諾貝爾獎獲得者的母校.學校擁有雄厚的師資力量和濃厚的學術氛圍.

薛定諤進入大學后，就像魚兒游進了大海，開始如饑似渴地學習.在此期間，他學習了大量的數學知識，為以后的理論研究打下了堅實的基礎，但他的主要精力還是放在了理論物理學的課程上.他的教授哈澤內爾除了傳授他大量的知識外，對他的科學家個性的形成也起到了巨大的作用，因此他一直對哈澤內爾充滿感激之情.1933年，薛定諤獲得了諾貝爾物理學獎，在發表獲獎感言的時候，他說：“假如哈澤內爾沒有去世的話，那么他現在當然會站在我的位置上.”這無疑飽含了他對老師無限的懷念和尊敬.

1910年，薛定諤獲得了博士學位.此后4年，薛定諤作為?？怂辜{的助手，先后發表了10篇論文和一篇為物理學手冊撰寫的關于電介質的評論.1914年1月，他獲得了大學教師資格認可，這也是他在科學生涯中的第一次晉升，這給他帶來了很大聲望，并且初步確立了他作為國際知名的理論物理學家的地位.但是不久后，第一次世界大戰把他卷入了一場殘酷的風暴，在這場戰爭中，他不但失去了很多時間，而且失去了他的老師哈澤爾內.這種突如其來的痛苦讓他不得不重新思考一些涉及人生的哲學問題，也在他的一生中留下了不可磨滅的烙印.

戰爭結束后，奧匈帝國解體，由于是戰敗國，奧地利的國家地位一落千丈，教育經費也少得可憐，國內的很多教授和科學家都難以維持生計.薛定諤也決定離開奧地利，前往外國繼續從事科學研究.經過一番努力，他來到了蘇黎世大學，這也是他不平凡的人生的開始.

創立波動力學

從普朗克提出量子概念和普朗克常數，到愛因斯坦提出光量子理論；從盧瑟福發現原子結構，到玻爾把量子論與經典電磁論結合；最后由德國物理學家海森堡、玻恩等人通過對原子光譜數據的內在聯系的研究，建立了描述微觀粒子狀態的矩陣力學，物理學在經過幾代物理學家的努力后才突破了舊的理論格局.

薛定諤從第一次世界大戰后開始關心原子結構問題.他一方面應用玻爾的量子理論進行研究；另一方面他又試圖突破并發展這一理論，因為玻爾的理論缺乏自洽和邏輯一致性，理論框架大多來自經典動力學，所以他并不滿意.他認為量子力學需要更強的邏輯性、更強的解釋能力.

量子力學最終實現突破性進展，主要是來自兩方面的力量，第一是海森堡的矩陣力學.雖然矩陣力學成為量子力學迅速發展的重要動力，但是有一些人難以理解它獨特的數學形式，當矩陣力學徘徊在人們的贊譽與質疑當中時，第二種力量也砰然叩開了量子力學的大門；1924年，法國物理學家德·布羅意提出了波粒二象性理論；愛因斯坦隨后從這一理論中受到啟發，并發表了一篇關于理想氣體量子統計的論文.這立刻引起了薛定諤的注意.1926年，從1月26日到6月22日，在短短不到5個月的時間里，他接連發表了6篇關于量子力學的論文，包含了玻爾的原子理論、矩陣力學、愛因斯坦波粒二象性思想和德·布羅意物質波理論等當時處在科學前沿的理論，在理論上嚴謹自洽，實際應用也更為有效完整.

從湯姆生發現陰極射線電子流之后，怎樣描述原子內部電子運動的狀況就一直困擾著物理學家們，但是現在只要應用薛定諤的理論就可以輕而易舉地解釋，而且他的數學表達形式也更為物理學家們所喜聞樂見，因此，它一經提出就受到物理學界的普遍歡迎.普朗克、愛因斯坦、玻爾等人均向他表示出由衷的贊美和感謝.波動力學的問世，在物理學界引起了巨大轟動，與遭受冷遇的矩陣力學形成了強烈的反差，因為在薛定諤的方程中所用到的是大多數物理學家熟悉的偏微分方程描述方法和更容易理解的概念.

雖然矩陣力學和波動力學看上去并不一樣，他們的研究綱領、物理圖像、數學方法包括表達形式，都存在很大的不同，但令人意外的是，兩種理論雖然有如此多的不同但卻獲得了各自的成功.如果它們在微觀體系里都能夠作出正確描述的話，它們之間是否會有一種不易被人發現的聯系？薛定諤想到這里，便開始對兩個公式作進一步研究，最終在《論海森堡、玻恩和約爾丹的量子力學與薛定諤的量子力學之間的關系》一文中得出了一個重要的結論：波動力學與矩陣力學實際上是等價的，在研究過程中，兩種表象和方法可以交替使用.誰都沒有想到，這兩個看上去有太多不同的力學主張竟然是等價的.

這次等價證明，再一次為薛定諤和波動力學贏得了榮譽和掌聲，世界上很多知名大學紛紛向薛定諤發出邀請，希望他能夠蒞臨演講.同時，薛定諤方程也以優美的數學形式和便捷的計算方法受到了物理學界的青睞，這一方程至今在某些領域仍被沿用.

波動力學的建立和巨大成功，最終確立了為全體物理學家所接受的量子力學理論體系，奠定了理論的發展完善及具體應用的基礎，埃爾文·薛定諤的名字永遠銘刻在了物理學發展的里程碑上.

薛定諤的貓

作為量子力學的奠基人之一，薛定諤對于現有的量子力學的詮釋表達出了極大的不滿，并且與愛因斯坦一起，參與了量子理論與經典物理理論解釋的學術論戰.為了形象地表達自己的觀點，他提出了一個關于量子理論的理想實驗.

實驗中的主角是一只貓，這只貓被關在一個封閉的盒子里，盒子里有一瓶毒藥——氰化物，瓶子的上方有一個由電子開關控制的錘子，電子開關又由放射性原子控制.如果放射性原子的原子核發生衰變，就會放射出α粒子，隨即觸動電子開關，由開關控制的錘子一旦落下，裝有氰化物的瓶子立刻碎裂并釋放出有毒的氣體，而盒子里的貓也就會隨之死去.由于原子核的衰變屬于隨機事件，物理學家們所能掌握的只是知道原子核衰變一半所需要的時間，也就是半衰期.所以物理學家也就無法知道衰變發生的具體時間，當然物理學家可以根據已知的數據計算出原子核在某一段時間內的衰變幾率，也就是導致貓死亡的幾率.如果我們不打開盒子的蓋子，就只能根據生命的兩種本征狀態來判斷貓的死亡或者生存，但是當我們用薛定諤方程來描述這只貓時，就不得不說它處于一種生存與死亡的疊加狀態.這種描述顯然與我們的日常經驗不符，生存和死亡是相悖的，又怎么可能互相疊加？這個理想實驗還有一點需要注意，那就是要讓貓脫離這種尷尬的生存與死亡相疊加的狀態，只能通過打開盒子看一眼，也就是說打開盒子看一眼才決定貓的生死.這個結論無疑是荒謬的，因而也就說明了量子力學對實在的描述并不完備.

愛因斯坦對薛定諤的這個“貓悖論”贊賞有加，先后在兩封寄給薛定諤的信中，對這個理想實驗揭示了量子力學描述實在的不完備性的作用給予肯定，并希望哥本哈根學派日后能夠給出一個更加完備的理論.盡管如此，物理學界出于實際用途的考慮，最終還是接受了哥本哈根的解釋，但是這樣一來，他們就不得不違反薛定諤的方程，也就難怪薛定諤在相當長的一段時間內對此事耿耿于懷.

1961年1月4日，薛定諤在奧地利的阿爾卑巴赫山谷中的一個小村子里病逝，享年74歲.但是世人至今仍然記得那只令人同情的薛定諤的貓.