1925年，在瑞士蘇黎世大學任教的薛定諤已經(jīng)38歲了，平平無奇，經(jīng)常遭到大牛朋友們的戲謔。

有一天德拜（1936年諾貝爾獎獲得者）對他說：“薛定諤，你現(xiàn)在工作的方向不對，沒在重點上。要不你回去研究研究德布羅意的工作怎么樣？聽說現(xiàn)在好多人在搞這個啊?！钡掳菡f的就是一年前德布羅意提出的物質(zhì)波假設(shè)。

1924年，法國青年物理學家德布羅意在他的博士論文中提出了物質(zhì)波假設(shè)，即一切物質(zhì)都具有波粒二象性。

愛因斯坦評價德布羅意“已經(jīng)掀起了面紗的一角”。

德拜卻十分較真，他說：“如果認定電子等粒子是波的話，怎么著也該給湊出個波動方程吧？”薛定諤就把這話放心上了。

當時德拜也沒有想到，自己無意間的一句話，卻成就了一位大器晚成的天才物理學家。

薛定諤方程

1925年夏天，薛定諤到阿爾卑斯山去度20天的小假——只帶了德布羅意的論文，維也納的一個情人以及兩顆珍珠。為什么會帶珍珠？因為他在向自己的情人“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。

阿爾卑斯山的小長假結(jié)束后，薛定諤回去做了個報告：“之前德拜給我提了個建議，說應當有個波動方程——好，現(xiàn)在我有了?！币簿褪鞘廊怂Q的薛定諤方程：

薛定諤一開始是從相對論出發(fā)的，得出了后來稱之為克萊因—戈登方程的波動方程，但由于當時還不知道電子有自旋，所以在關(guān)于氫原子光譜的精細結(jié)構(gòu)的理論上與實驗數(shù)據(jù)不符。

不過薛定諤很聰明，退而求其次，根據(jù)牛頓力學中能量和動量的關(guān)系，弄了個非相對論性的方程處理電子，終于得出了與實驗數(shù)據(jù)相符的結(jié)果。在低能非相對論的條件下，薛定諤方程居然還出奇地好用，解決了微觀世界的許多物理難題。

把這個方程應用到氫原子，不僅可以得出電子在不同軌道的能量，而且還指出那能量實際上依賴于三個量子數(shù)（n,l,m），更而且指出引入這三個量子數(shù)只是因為要求方程里的函數(shù)Ψ有界，而無需像玻爾量子化那樣先入為主地假設(shè)角動量是量子化的。

1926年，薛定諤分四部分發(fā)表了《作為本征值問題的量子力學》一文，為量子力學奠定了基礎(chǔ)，也奠立了他在物理學史上的地位?；诖颂渍f法的量子力學叫波動力學，這個函數(shù)叫波函數(shù)。

在此之前，德國物理學家海森堡、玻恩和約爾當已經(jīng)為量子力學建立了第一套數(shù)學體系——矩陣力學。

年輕的海森堡對薛定諤的理論完全不贊同：“我越是思考薛定諤理論的物理內(nèi)容，我就對它越討厭”。

海森堡（左）與薛定諤（右）

薛定諤也對矩陣力學提出了批評，認為“這種超越代數(shù)的方法簡直無法想象”。但薛定諤仍耐心地對海森堡的論文進行了深入的鉆研，在1926年4月發(fā)表的論文中證實了矩陣力學和波動力學的等價性。

這樣一番證明后，矩陣力學徹底失去了“市場”。物理學家早已習慣于使用微分方程，因為那是他們在牛頓力學中駕輕就熟的東西，相比于矩陣力學枯燥乏味的數(shù)學運算，他們也喜歡直觀的波函數(shù)圖像。學界對矩陣力學的冷落，使海森堡非常郁悶。

就這樣，從提出奠定波動力學基礎(chǔ)的方程，到系統(tǒng)地建立起波動力學的完整框架，再到證明波動力學和矩陣力學在數(shù)學上是等價的，只用了不到一年時間，薛定諤的天賦展露無遺。

1926年4月，“量子力學之父”普朗克在收到波動力學第一篇文章后給薛定諤寫信說：“我正像一個好奇的兒童聽解他久久苦思的謎語那樣，聚精會神地拜讀你的論文。”

就連他最崇拜的物理學家愛因斯坦也不吝贊賞：“你工作的思想來源于真正的天賦?！北M管比起同時代的理論物理學家，薛定諤在38歲時才達到事業(yè)的巔峰，已經(jīng)屬于大器晚成。

在這之后的1927年，應普朗克的邀請，薛定諤來到柏林大學，接替他的職位。在這里，他當選了普魯士科學院院士，還跟愛因斯坦成為了好朋友。

薛定諤的貓

有人評價，薛定諤方程之于量子力學，就好比是牛頓第二定律之于經(jīng)典力學，但問題也隨之而來。薛定諤雖然提出了波動方程，但他并未給出波函數(shù)的物理含義。

牛頓第二定律可以得到粒子在空間隨時間變化的軌跡，容易被人理解；而從薛定諤方程解出的電子運動規(guī)律，卻是一個彌漫于整個空間的“波函數(shù)”。這樣的結(jié)論，就連薛定諤本人也覺得荒謬。

正當所有人傷透腦筋時，玻恩在1926年給出了概率解釋。他認為，量子力學中的電子不像經(jīng)典粒子那樣有決定性的軌道，而是隨機地出現(xiàn)于空間中某個點。不過電子出現(xiàn)在特定位置的概率是一定的，是由薛定諤方程解出的波函數(shù)決定的。

玻恩的這項工作從物理上統(tǒng)一了波動力學和矩陣力學。在此基礎(chǔ)上，海森堡提出了不確定性原理，玻爾提出了互補原理。哥本哈根學派堅持認為隨機性是量子理論的內(nèi)在性質(zhì)。

哥本哈根學派把波函數(shù)解釋為受觀測影響的概率函數(shù)，這讓薛定諤極其不爽。與薛定諤持相同觀點的，還有愛因斯坦、德布羅意等人。

1926年9月，薛定諤應邀到哥本哈根進行學術(shù)訪問。他提出應該放棄量子躍遷的概念，而代之以三維空間的波來描述微觀粒子的行為。即以經(jīng)典的連續(xù)性觀念，代替量子力學理論中的間斷性觀念。薛定諤的這一想法一提出來，立即遭到哥本哈根學派的強烈反對。

這次訪問，誰也沒有說服誰。不過，薛定諤很快有了自己的幫手，1926年12月愛因斯坦給玻恩寫信時說：“上帝不是在擲骰子”，愛因斯坦認為波函數(shù)只是給出了一個粒子系統(tǒng)的統(tǒng)計描述，但它在描述單個粒子上一定是不完備的。

愛因斯坦的發(fā)言掀引發(fā)了他和玻爾之間就量子力學詮釋問題的公開爭論。他們之間的第一回合發(fā)生在1927年10月的第五屆索爾維會議上，這次是愛因斯坦、薛定諤組團來的。

1927年第五屆索爾維會議

愛因斯坦、薛定諤堅持認為，世界不是隨機的，那些看起來無法解釋的隨機現(xiàn)象，是因為有尚未發(fā)現(xiàn)的“隱變量”。然而，哥本哈根學派認為，微觀世界的隨機性是內(nèi)在的、本質(zhì)的。

最后直到會議結(jié)束，兩派仍然各執(zhí)己見。三年后的第六屆索爾維會議上，兩派人馬再次華山論劍。愛因斯坦提出了他著名的“光子盒”思想實驗，試圖證明不確定性原理的荒謬。

但玻爾這方見招拆招，指出了“光子盒”的缺陷——光子跑出后，掛在彈簧秤上的盒子質(zhì)量變輕，時鐘的快慢會發(fā)生變化，也就是說時間和能量不能同時準確測量。愛因斯坦被玻爾的回擊驚得目瞪口呆，此后便放棄了從不確定性原理這一方面來攻擊量子力學的想法。

1933年納粹崛起后，眾多猶太科學家逃離德國，愛因斯坦去了美國，大部分人在牛津大學林德曼教授的幫助下到了英國。不是猶太人的薛定諤也主動提出愿意到英國，并且?guī)е呐笥褋喩ゑR奇一起去（因為亞瑟的妻子是他的情人）。

到英國后，薛定諤成為牛津大學馬格達萊學院的研究員。雖然和愛因斯坦分隔兩地，但他們始終沒有放棄反對歌本哈根學派對量子力學的詮釋。在1935年，愛因斯坦、波多爾斯基和羅森提出了著名的“EPR佯謬”。

愛因斯坦改從量子疊加的角度來證明量子力學是不完備的，沒想到引出了量子力學中最重要的一個概念——量子糾纏。

愛因斯坦描述了一個不穩(wěn)定的大粒子衰變成兩個相同小粒子的情況：大粒子分裂成兩個同樣的小粒子（A和B）。小粒子獲得動能，分別向相反的兩個方向飛出去。如果粒子A的自旋為上，粒子B的自旋便一定是下，才能保持總體的自旋守恒，反之亦然。

然后，愛因斯坦假設(shè)兩個粒子相隔幾萬光年，如果A、B之間能夠傳遞信息，那么這個速度已經(jīng)超過了光速，違背了他的相對論，這就構(gòu)成了佯謬。愛因斯坦把兩個粒子間瞬時的相互作用稱為“幽靈般的超距作用”。

薛定諤讀完EPR論文之后，他用德文寫了一封信給愛因斯坦，在這封信里，他最先使用了術(shù)語Verschr?nkung（意思是糾纏）。薛定諤還表達了對愛因斯坦的支持：“這場沉浸在認識論中的鬧劇可以休矣”。

受到愛因斯坦的啟發(fā)，薛定諤想到了用來反擊量子力學的終極武器——薛定諤的貓。

這個實驗幾乎家喻戶曉，簡單地說，一只貓在箱子里中毒的概率是50%，那么根據(jù)量子疊加理論，打開箱子之前，貓?zhí)幱诩人烙只畹臓顟B(tài)，打開箱子才知道貓是死是活。

薛定諤用這個實驗形象地向人們展示了量子疊加態(tài)，很少有人知道，這只是薛定諤用來取笑量子力學的一種方式。

可惜，薛定諤忘記了量子力學是旨在探究微觀領(lǐng)域而非宏觀世界，有時候宏觀世界是無法用來解釋微觀世界的。

但這并不能否認薛定諤的偉大，雖然他永遠打著反對量子力學的旗號，可是每次的反擊都是在為量子力學添磚加瓦。薛定諤與狄拉克因各自提出的波動方程共同榮獲諾貝爾物理學獎。

生命是什么

1939年二戰(zhàn)爆發(fā)后，薛定諤又輾轉(zhuǎn)到了愛爾蘭，在都柏林高級研究所工作了17年。50多歲的薛定諤，仍然沒有失去對女人的熱情，盡管他和亞瑟·馬奇的妻子希爾德已經(jīng)有了一個女兒。

他甚至愛上了一個12歲的女孩，但由于被強烈警告，才不得不終止單戀。接著，他愛上了新婚不久的演員希拉·格林，后者生下了薛定諤的第二個女兒。然后，他在近60歲的年紀愛上了一個20多歲的女孩，最終薛定諤有了第三個女兒。

或許是因為這些豐富多彩的人生經(jīng)歷，晚年的薛定諤開始思考起了“生命是什么”這一人類終極問題。

1943年2月，薛定諤收到來自都柏林三一學院的邀請，為他們舉辦關(guān)于什么是生命的傳道講說，據(jù)說是因為他的一位情人在那里做志愿服務(wù)。薛定諤試圖用物理學理論來解釋生命的本性，他的演講最終被整理成書《生命是什么？》，并在1944年出版。

《生命是什么？》中英文版封面

薛定諤的核心觀點是，生命是量子的，生命的秩序?qū)儆凇皝碜杂行虻挠行颉薄?/span>

20世紀上半葉，科學家們僅僅知道基因可以從一代傳遞到下一代，卻不知道基因的組成或其工作原理。于是，薛定諤開始思考，究竟是什么法則讓遺傳保持了如此高的精確性？

在經(jīng)典物理中人們總結(jié)出了許多規(guī)律，比如熱力學能夠研究出液體、氣體行為的規(guī)律，但這個規(guī)律是基于對萬億個各自進行無序運動粒子的統(tǒng)計學處理。也就是說，系統(tǒng)的行為是有序的，而單一粒子的行為是無序的，薛定諤稱之為“來自無序的有序”。

但在微觀世界，原子、分子以及組成它們的所有成分粒子都遵循精確而有序的量子規(guī)則，被薛定諤稱為“來自有序的有序”。薛定諤提出，遺傳應該基于一種新的原理，即“來自有序的有序”。因為生命是量子的，也就不能用經(jīng)典物理來解釋生命。

然后，薛定諤首次提出遺傳物質(zhì)（基因）是一種非周期的晶體，這類晶體既具有和標準晶體類似的重復分子結(jié)構(gòu)，但又經(jīng)過某種調(diào)整，在重復單位之間有不同的區(qū)間或周期。

薛定諤認為，這些經(jīng)過調(diào)整的重復結(jié)構(gòu)編碼了遺傳信息，而且像晶體一樣，它們的秩序也應該處于量子級別。他的這個想法非常超前，當時脫氧核糖核酸（DNA）是遺傳物質(zhì)的假設(shè)還沒有提出來。

后來，生物學家發(fā)現(xiàn)DNA密碼確實是由重復的結(jié)構(gòu)——DNA堿基——組成的。DNA堿基非周期性地出現(xiàn)，每個重復單位中一定包含四種不同堿基中的一種。

另一個重要的觀點是：生命體系中存在量子躍遷現(xiàn)象。生命及遺傳的穩(wěn)定性與輻射下的變異 (突變) 的不連續(xù)性 (jump-like mutations)，說明了生命遵循量子規(guī)律。

最后，薛定諤得出一個結(jié)論： 生命是非平衡系統(tǒng)，以負熵為生，從環(huán)境抽取“序”以維持其系統(tǒng)的組織。

根據(jù)熱力學第二定律，即“熵增定律”，在自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總混亂度（即“熵”）不會減小，因此只能從有序轉(zhuǎn)向無序，而不能從無序轉(zhuǎn)向有序。

那么薛定諤就認為，一個生命有機體無時無刻不在生產(chǎn)或者增加著熵，同時它們不斷趨近熵的最大值。人類的衰亡就是熵不停增加的原因。而為了抑制或者消除熵的增加，生命有機體只能借助于外界的負熵（薛定諤提出的概念），從而保持自身在一個穩(wěn)定的水平上。

薛定諤《生命是什么？》一書的出版引發(fā)了一場跨學科的對話，打開了分子生物學新的發(fā)現(xiàn)之門，使得一批年輕有為的物理學家和化學家投身到生物學和遺傳學的研究洪流中。

就在薛定諤提出自己的構(gòu)想后的十年后，克里克（Francis Crick）、沃森（James Watson）以及威爾金斯（Maurice Wilkins）等人就發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。到了1961年，遺傳密碼也被破譯了。

薛定諤在書中的奇思妙想，讓他無愧于天才之名?！渡鞘裁?？》已經(jīng)被奉為量子生物學的開山之作。在他的影響之下，越來越多的學者開始研究生命的量子現(xiàn)象。從酶催化效率到鳥類導航乃至人類意識，都可以發(fā)現(xiàn)量子現(xiàn)象。

1956年，69歲的薛定諤回到了闊別多年的家鄉(xiāng)奧地利，在維也納大學理論物理研究所教學直到去世。1961年1月4日，薛定諤因患肺結(jié)核病逝于維也納，這顆璀璨的科學之星離去了，但量子力學從此蓬勃發(fā)展。