在探索量子世界的神秘性質(zhì)時(shí)，海森堡發(fā)現(xiàn)了“測不準(zhǔn)原理”：對于微小世界的基本粒子來說，你不能同時(shí)測量它的位置和能量。就在這個(gè)時(shí)期，奧地利物理學(xué)家薛定諤另辟蹊徑，找到了通往量子力學(xué)的另一條道路。

這條道路是由愛因斯坦開創(chuàng)的，它更加充滿戲劇性。1905年，愛因斯坦提出了光量子假說，之后在1909年又發(fā)現(xiàn)了光的波粒二象性；1923年，德布羅意發(fā)展了愛因斯坦的思想，提出了物質(zhì)波假說，認(rèn)為一切物質(zhì)都具有波粒二象性；最后，薛定諤于1926年找到了物質(zhì)波所滿足的運(yùn)動方程，從而建立了量子力學(xué)的波動形式。

  你我的身體里都有波

法國物理學(xué)家德布羅意于1892年出生于一個(gè)貴族世家，他年輕時(shí)是一個(gè)花花公子，整天混跡于燈紅酒綠的巴黎上流社會。時(shí)間一轉(zhuǎn)就到了1919年，這是一個(gè)科學(xué)界急劇動蕩著的年代。就在這一年，德布羅意突然移情別戀對物理產(chǎn)生了興趣，尤其是感興趣于當(dāng)時(shí)正流行的量子論，具體來說就是感興趣于一個(gè)在當(dāng)時(shí)很酷的觀點(diǎn)：光既有波動性也有粒子性。

這個(gè)觀念是愛因斯坦1905年提出來的，但當(dāng)時(shí)并沒有得到更多承認(rèn)，長期受到以玻爾為代表的原子物理學(xué)主流派的懷疑與批評。而德布羅意卻對這種既是波又是粒子的奇特想法抱著濃厚的興趣，他從光的波粒二象性想到：是不是所有的物質(zhì)都具有波粒二象性呢？

德布羅意的腦海里浮現(xiàn)出一個(gè)奇妙的關(guān)系連環(huán)：根據(jù)相對論，物質(zhì)粒子具有質(zhì)量，質(zhì)量就是能量；有能量必有頻率；有頻率必有脈動。因此，粒子具有脈動性。這里，物質(zhì)和波彼此相通。德布羅意由此提出了革命性的物質(zhì)波概念。

在物質(zhì)波理論提出之前，一個(gè)天經(jīng)地義的觀念是：一個(gè)東西要么是波，要么是粒子。因?yàn)樵诮?jīng)典物理理論中，波是連續(xù)的空間波動，而粒子則是一個(gè)個(gè)小小的實(shí)體，在整個(gè)空間彌散的波怎么能同時(shí)又集中于空間的一點(diǎn)呢？這實(shí)在讓人感到不可思議！此時(shí)，雖說光的波粒二象性概念已經(jīng)建立，但僅僅一個(gè)光子的波動特性已足以令人費(fèi)解，若是電子這種實(shí)物粒子也真的具有波動特性，那豈不是自然界中所有物體都有這種特性？

     薛定諤名動天下

現(xiàn)在輪到薛定諤出場了。薛定諤與許多偉大的物理學(xué)家有一點(diǎn)不同，他是38歲才成名，屬于大器晚成型。

薛定諤1887年8月12日生于維也納。他的父親是一位生產(chǎn)漆布的手工業(yè)主。他的才華在家庭教師開始教他小學(xué)課程時(shí)就顯露出來了，中學(xué)以后，他特別喜愛數(shù)學(xué)、物理，也喜愛古老語法的嚴(yán)謹(jǐn)邏輯，還十分擅長寫作詩歌。1906年進(jìn)維也納大學(xué)物理系，1910年，獲得了博士學(xué)位。

1921年，當(dāng)年輕氣盛的海森堡在哥廷根披荊斬棘的時(shí)候，薛定諤已經(jīng)是瑞士蘇黎世大學(xué)頗有資歷的教授了，但他并沒有海森堡那么好的運(yùn)氣——能夠在一個(gè)充滿了頂尖精英人物的環(huán)境里求學(xué)，反而是幾次在戰(zhàn)爭中的服役阻礙了他的學(xué)術(shù)研究。但不管怎樣，薛定諤的物理天才仍然得到了很好的展現(xiàn)，他在光學(xué)、電磁學(xué)、分子運(yùn)動理論、固體和晶體的動力學(xué)方面都作出過突出的貢獻(xiàn)，這一切使得他成為蘇黎世大學(xué)很有名望的物理教授。

和玻爾還有海森堡他們不同，薛定諤并不想在原子那極為復(fù)雜的譜線迷宮里奮力沖突，撞得頭破血流。他的靈感直接來自于德布羅意那巧妙絕倫的工作。1923年，德布羅意的研究揭示出，伴隨著每一個(gè)運(yùn)動的電子，總是有一個(gè)如影隨形的“相波”。

在吸收了德布羅意的思想后，薛定諤決定把它用到原子體系的描述中去。我們都已經(jīng)知道，原子中電子的能量不是連續(xù)的，它由原子的分立譜線而充分地證實(shí)。為了描述這一現(xiàn)象，玻爾強(qiáng)加了一個(gè)“分立能級”的假設(shè)，海森堡則運(yùn)用他那龐大的矩陣，經(jīng)過復(fù)雜的運(yùn)算后導(dǎo)出了這一結(jié)果。現(xiàn)在輪到薛定諤了，他說，不用那么復(fù)雜，也不用引入外部的假設(shè)，只要把我們的電子看成德布羅意波，用一個(gè)波動方程去表示它，那就行了。

1926年，薛定諤在《物理學(xué)紀(jì)事》上連續(xù)發(fā)表了6篇論文，就此宣布了量子力學(xué)的第二種形式——波動力學(xué)的誕生。在薛定諤的理論中，電子的運(yùn)動狀態(tài)由一個(gè)神秘的波函數(shù)來描述，它隨時(shí)間的變化遵循一個(gè)連續(xù)的波動方程，這個(gè)方程后來被稱為薛定諤方程。

薛定諤的波動方程要比海森堡的矩陣力學(xué)更加簡明易懂，薛定諤得出它的波動方程僅在海森堡的矩陣力學(xué)誕生一年之后，倘若薛定諤在1925年之前就導(dǎo)出波動方程，那恐怕矩陣力學(xué)就根本不可能誕生了，因?yàn)榫仃囋诋?dāng)時(shí)太深?yuàn)W難懂了，沒多少人喜歡。

從此，年近40的薛定諤名揚(yáng)天下。 

貓的幽靈逼迫著

所有物理學(xué)家

薛定諤的波動方程建立之后，迅速為物理學(xué)界所接受，自那以后，物理學(xué)家們就廣泛地討論起神秘的波函數(shù)來。在薛定諤的理解中，他甚至認(rèn)為波是更根本的實(shí)在，而粒子則是一種派生的東西。

波函數(shù)的奇妙性就在于它的隨機(jī)性。在宏觀世界中，只要知道物體的受力情況、它的位置以及開始時(shí)間等初始條件，那么它在以后任一瞬間的位置和速度就完全確定了。例如我們發(fā)射一顆人造衛(wèi)星后，不僅知道它的運(yùn)行情況，而且還可以把它從天上收回來。但微觀世界卻不是這樣，電子等微觀粒子的狀態(tài)，卻是用一個(gè)表示波動的函數(shù)來表達(dá)，并且這還不是普通的波，而是按幾率變化的波。在粒子世界中，對一切事件我們所能說的，只能是以什么幾率出現(xiàn)，若用波函數(shù)來描述的話，我們發(fā)射一顆子彈，只能說它射中靶上某一點(diǎn)的可能性有多大，而不能說它“一定”能射中某一點(diǎn)。

這種幾率波的概念在我們?nèi)粘Ｊ澜缰惺呛芑闹嚨?，薛定諤于1935年設(shè)想了一個(gè)叫做“薛定諤貓”的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：把一只貓關(guān)在一個(gè)鋼盒內(nèi)，盒中裝有不受貓直接干擾的如下量子設(shè)備：在計(jì)數(shù)器中，有很小很小的一塊輻射物質(zhì)，在1小時(shí)內(nèi)，或許只有一個(gè)原子核衰變，或許連一個(gè)原子核衰變也沒有，兩者的幾率是相同的，各為50%。假如輻射物質(zhì)的原子核發(fā)生衰變的話，計(jì)數(shù)器就會放電并且通過某個(gè)機(jī)關(guān)拋出一個(gè)錘，擊碎一個(gè)裝有劇毒物質(zhì)氫氰酸的小瓶，從而毒死盒內(nèi)的貓。讓這個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立存在一個(gè)小時(shí)的話，我們會這樣說，若沒有原子核衰變，貓就是活的，只要有一個(gè)原子核衰變，貓就是死的。

我們自己心里十分清楚，那只貓是非死即活的，兩者必居其一?？墒牵凑樟孔恿W(xué)規(guī)則，在我們向里面觀察之前，輻射樣品既是衰變的，又是不衰變的；毒藥瓶既不被打破，又被打破；貓既是死的，又是活的；既不是活的，也不是死的。

黑箱里的貓是死還是活無人能知，盒內(nèi)整個(gè)系統(tǒng)處于兩種態(tài)的迭加之中，一態(tài)中有活貓，另一態(tài)中有死貓，因此我們只能宣布此貓不死不活，或者又死又活。

想象一個(gè)基本粒子既不在這里又不在那里，而是以一定的幾率在空間分布著，這是可以理解的。然而作為一只活蹦亂跳被關(guān)進(jìn)箱里的貓，當(dāng)然既不能不死不活，也不能又死又活——這顯然是個(gè)謬論，但在觀察者打開黑箱，探眼去看之前，這個(gè)謬論居然一直存在著！迭加態(tài)不肯消失。難怪許多科學(xué)家對此怒氣沖沖，認(rèn)為這只狡猾的貓簡直褻瀆了科學(xué)的神圣，物理學(xué)一向表現(xiàn)出的確定性被粉碎，成了一場猜謎游戲。

   量子幽靈與平行宇宙

薛定諤的貓的佯謬其實(shí)證明了一個(gè)真理，那就是宏觀世界與量子世界是迥然不同的。直到目前為止，牛頓創(chuàng)建的經(jīng)典物理體系，在宏觀世界（即人類肉眼所及、常識上大于原子、小于日地距離的世界）還是普遍適用的。一旦進(jìn)入微觀的量子世界，人們除了驚駭與好奇，簡直只能走上神秘主義道路！量子力學(xué)的先驅(qū)尼爾斯·玻爾曾經(jīng)指出：誰不為量子力學(xué)所震驚，誰就不懂量子理論。

薛定諤的貓還帶來一個(gè)多宇宙的假設(shè)。這個(gè)假設(shè)認(rèn)為，所有可能的量子世界都同樣的實(shí)在，而且是平行存在的。一旦進(jìn)行一次測量來測定，比如說，貓是死是活，那么，世界就一分為二了，在一個(gè)世界里，箱子被打開后，貓是活的；在另一個(gè)世界里，箱子被打開后，貓是死的。兩個(gè)世界都同樣實(shí)在，也都有觀察貓的人，然而，兩個(gè)世界并不連通，每一個(gè)世界的居住者都只能察覺他們自己所在的宇宙。

如果存在其它的世界，也許在我們的世界發(fā)生的故事，在其它的世界中同時(shí)上演著千種版本：

曹操刺殺董卓未遂，反被呂布所殺——根本就沒有什么赤壁大戰(zhàn)、三國演義。

希特勒這個(gè)潦倒的青年考上了維也納大學(xué)學(xué)美術(shù)，從此成為一名畫家而非戰(zhàn)爭狂人——數(shù)千萬猶太人得救了！

小布什以幾票之差在競選總統(tǒng)中敗北——現(xiàn)在大打出手的對伊戰(zhàn)爭成了杞人憂天！

…………

但我們這個(gè)世界的人們并不能享受歷史改寫帶來的好處，如避免了大戰(zhàn)，因?yàn)楸居钪媾c它平行，他們只管樂他們的，平行宇宙相互間永遠(yuǎn)不可到達(dá)！就像火柴熄滅后的小女孩，面對她的不是祖母和烤鵝，而是現(xiàn)實(shí)中雪夜陰冷的高墻。因此多宇宙假設(shè)被嘲笑為不可檢驗(yàn)的——如果我們永遠(yuǎn)被局限在某一個(gè)宇宙，我們怎樣才能證實(shí)或否定所有其他宇宙的存在呢？

    薛定諤的后期歲月

薛定諤用他那個(gè)又死又活的貓創(chuàng)造了一個(gè)迷宮般的世界，但他自己卻一直真實(shí)地生活著。1933年，薛定諤對于納粹政權(quán)迫害杰出科學(xué)家的倒行逆施深為憤慨，棄職移居英國牛津，在馬格達(dá)倫學(xué)院任訪問教授。就在這一年，他與另一位量子力學(xué)貢獻(xiàn)者狄拉克共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1936年冬，薛定諤回到奧地利的格拉茨。奧地利被納粹德國吞并后，他陷入了十分不利的處境。1938年9月，在友人的幫助下，又流亡到英國牛津。1939年10月轉(zhuǎn)到愛爾蘭。愛爾蘭為薛定諤建立了一個(gè)高級研究所，他專心致志地在那里從事了17年研究工作，不僅進(jìn)一步研究了波動力學(xué)，還長期探索了統(tǒng)一場論、宇宙論等問題。薛定諤每年在都柏林主持“夏季講座”，與各國同行討論交流，在那里他發(fā)表的《生命是什么》（1948年出版），用熱力學(xué)、量子力學(xué)、化學(xué)理論解釋生命現(xiàn)象的本質(zhì)，引進(jìn)了負(fù)嫡、遺傳密碼、量子躍遷式突變等概念，成為今天蓬勃發(fā)展的分子生物學(xué)的先驅(qū)。

1956年，他70歲時(shí)返回維也納大學(xué)物理研究所，獲得奧地利政府頒發(fā)的第一屆薛定諤獎(jiǎng)。1961年1月4日病逝于阿爾卑包赫山村。