在量子力學的星空下，埃爾溫·薛定諤不僅是一位偉大的理論物理學家，更是一位敢于跨越學科界限的思想者。他一方面提出了波動方程，奠定了量子力學的數理基礎；另一方面，他也不斷質疑量子理論的解釋，試圖揭示其背后未解的哲學難題。1935年，他在回應愛因斯坦提出的EPR佯謬時創造了“量子糾纏”一詞，并提出了著名的“薛定諤的貓”思想實驗。這不僅成為量子力學與哲學交匯的經典議題，更在科學史上留下了最為傳奇的隱喻。

這只從未真實存在的“貓”，生動詮釋了量子哲學中的一大困境——它讓人們直面疊加態、測量與現實三者之間的尖銳張力，也把“觀測”這一概念推上了科學與哲學的交鋒舞臺。更令人意想不到的是，薛定諤并未局限在物理學，他還在《生命是什么？》中探討了生命的物理學基礎，對分子生物學的發展產生了跨時代的影響。

Part.1

愛因斯坦來踢館——EPR佯謬點燃的量子爭論

1930年代，量子力學已經風光無兩：它可以解釋原子光譜、光電效應、電磁輻射，幾乎在實驗中百發百中。但在成功的背后，許多物理學家心里仍然打鼓——這門理論是不是太奇怪了？最不放心的，就是阿爾伯特·愛因斯坦。

愛因斯坦一直堅持，物理世界應該是確定的、局部的：一個物體此刻的狀態，不可能依賴于宇宙另一頭發生了什么。他很難接受玻爾和海森堡的主張——量子世界在測量之前根本沒有“確定”的結果，測量本身才讓現實顯現出來。在他看來，這種解釋就像在說：“月亮只有當你抬頭看它時，才真的在那里。”這實在太荒謬。

1935年，愛因斯坦和他的兩位同事（波多爾斯基與羅森）決定公開“踢館”。他們在《Physical Review》上發表了一篇文章，后來被稱作“EPR佯謬論文”。文中他們設計了一個思想實驗：假設有兩顆處于糾纏態的粒子，最初在一起相互作用，然后飛向相反方向。根據量子理論，這兩顆粒子之間會保持一種神秘的“聯系”。如果你在左邊測量第一顆粒子的位置，那么無論右邊的第二顆粒子飛得多遠，它的狀態都會立即被決定。

圖1 1935年，愛因斯坦、波多爾斯基、羅森提出EPR佯謬，質疑量子力學的完備性（Wikipedia）

“這怎么可能？”愛因斯坦覺得，這簡直意味著一種遠距離的瞬時作用，違背了相對論中光速不可超越的原則。雖然他在當年的論文里沒有用上那句著名的“鬼魅般的遠距作用（spukhafte Fernwirkung）”，但在之后與玻恩的通信中，他確實用這句話來表達心中的不安。

薛定諤當時正仔細讀著這篇論文。他和愛因斯坦私下有頻繁的通信，彼此都對量子理論的“古怪”表示擔憂。不同的是，愛因斯坦更希望證明量子力學不完備，而薛定諤卻被這怪異的特性深深吸引。他在給愛因斯坦的信里，第一次用德語詞“Verschr?nkung（糾纏）”來形容這種神秘的聯系——這就是今天大家熟知的“量子糾纏”。

Part.2

那只既死又活的貓——薛定諤的反諷實驗

1935年夏天，薛定諤和愛因斯坦的通信仍在繼續。EPR佯謬論文點燃了整個物理學界的爭論，薛定諤決定用一個極端的思想實驗，把量子力學的奇特推到常人也能理解的地步。

想象一個密閉的鐵箱子，里面關著一只貓。旁邊放著一個小瓶毒藥，而毒藥是否釋放，則取決于一個放射性原子。按照量子理論，原子在觀測前既可能衰變，也可能不衰變——它處在兩種狀態的疊加中。原子一旦衰變，就觸發裝置釋放毒藥，貓會死；原子不衰變，貓就活著。問題是，在箱子沒被打開之前，貓究竟是死是活？

圖2“薛定諤的貓”思想實驗的示意圖（Wikipedia）

如果完全遵循哥本哈根的解釋，那么原子處于衰變與未衰變的疊加態，而貓也就與之“綁在一起”，處于既死又活的疊加態。只有當人類打開箱子觀察時，整個疊加才會“坍縮”為一個確定的結果。

薛定諤提出這個例子時，帶著明顯的諷刺意味。他并不是要說貓真的能“半死半活”，而是要指出：如果把量子理論不加修飾地外推到宏觀世界，就會得出荒誕結論，這說明問題出在解釋上，而不是自然界真的如此怪異。

科學界對這只貓的反應各不相同。玻爾一派說：“這正好說明觀測才是關鍵。”愛因斯坦則冷笑：“這正是我不信服量子力學的地方。”而薛定諤自己，當時只是想用這只虛擬的貓提醒大家：量子力學的哲學根基遠未搞清楚。

誰能想到，這只從未存在過的“貓”，會成為20世紀最著名的科學符號。它不僅進入了學術討論，也爬進了課本、科普書籍、小說和電影，成了人類理解量子世界奇妙性的代言者。

Part.3

從微觀到生命：薛定諤與“負熵”的大膽預言

如果說“薛定諤的貓”讓人們直面量子理論與常識之間的沖突，那么《生命是什么？》則展示了薛定諤思想的另一面：他試圖用物理學去理解生命的秩序。

1943年冬天，二戰的炮火仍在歐洲大陸轟鳴，在愛爾蘭都柏林，薛定諤于都柏林三一學院開設了一系列講座。第二年，這些講稿由英國的劍橋大學出版社結集出版，書名就叫《What is Life?》。

圖3 薛定諤所著的《生命是什么？》一書（Wikipedia）

當時的生物學正處在關鍵時刻。遺傳規律已被確認，但遺傳物質是什么？答案撲朔迷離。許多人認為是蛋白質，因為它們足夠復雜；而“核酸”則被視為可能性較低的候選。薛定諤卻用物理學的思維，提出了兩個大膽的設想：

首先，遺傳物質應當是一種“非周期晶體（aperiodic crystal）”。這種分子既穩定，能跨越世代保存信息；又復雜，能儲存豐富的遺傳密碼。這個想法后來在DNA的雙螺旋中得到了驗證。

其次，生命之所以能維持高度有序，并不是違背熱力學第二定律，而是因為生命不斷從環境中吸收有序能量，抵消熵增的趨勢。薛定諤把這種過程稱為吸收“負熵（negative entropy）”。換句話說，生命就是在與宇宙熵增賽跑。

這本不到百頁的小冊子在戰后影響了整整一代年輕科學家。沃森和克里克后來承認，正是《生命是什么？》讓他們意識到遺傳信息必然有堅實的物理學基礎。1953年，他們發現DNA雙螺旋結構，這與薛定諤的預言形成了跨學科的呼應。

正如歷史學家所評價的那樣，這本小冊子是“物理學家贈予生物學的一份珍貴禮物”。薛定諤從量子力學的微觀出發，卻將視野擴展到生命的宏觀本質，他的跨界思考為科學開辟了全新的疆域。

Part.4

結語——方程寫下微觀世界，貓揭開存在謎題

回顧薛定諤的思想軌跡，我們看到的是一位在科學與哲學之間自由穿梭的巨人。1926年，他用簡潔而優雅的波動方程為量子世界描繪出數學圖景，讓電子能級和原子結構從神秘走向清晰，奠定了現代物理的基石。

然而，他并未止步于此。十年后，他在與愛因斯坦的交鋒中提出“糾纏”，又以“貓”的悖論直指量子世界與日常現實之間的張力；再后來，他將目光投向生命本身，提出“負熵”的構想，為分子生物學的發展點亮了方向。方程與貓，科學與生命，這些看似分散的片段，匯聚在一起，勾勒出薛定諤獨特而完整的思想版圖。

1961年1月，充滿傳奇色彩的薛定諤走完了他的一生，安葬在奧地利阿爾卑巴因小鎮的墓地。他的墓碑極其簡樸，卻刻著那條改變物理學的公式——薛定諤方程。這不僅是他一生的寫照，更像是他留給后世的宣言：用方程去探索微觀的真理，用思想去追問現實與生命的奧秘。

圖4 鐫刻在歐文·薛定諤墓碑上的薛定諤方程（Wikipedia）

今天，方程仍在引導物理學家計算微觀世界的規律，那只貓依舊在“盒子”里提醒我們現實的多重面貌，而生命的謎題也遠未有最終答案。薛定諤留給我們的，不是終點式的結論，而是不斷追問的勇氣。他用自己的科學與哲學遺產告訴我們：科學不是現成答案的集合，而是一段由問題點亮的旅程。

參考文獻:

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出品：科普中國

作者：欒春陽、王雨桐

監制：中國科普博覽

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