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埃爾溫·薛定諤可以稱得上是個(gè)多才多藝的人,。他聰明過人,，通曉多門語(yǔ)言,，閱讀廣泛，精通文學(xué)和哲學(xué),，最喜歡的哲學(xué)家是叔本華,。我們前面說了玻爾動(dòng)手能力差做不了實(shí)驗(yàn)只好做純理論，薛定諤可不是這樣,，他做過實(shí)驗(yàn)物理研究，而且還精通數(shù)學(xué),。薛定諤參加了第一次世界大戰(zhàn),，回來認(rèn)為理論物理最有意思，很順利地就當(dāng)上了理論物理教授,。薛定諤后來甚至寫過一本《生命是什么》,。他把這本書設(shè)定為可以給外行看的通俗作品，但是他在書中提出了基因遺傳機(jī)制的大膽猜想,，等于是為生物學(xué)指引了方向,。不過那都是后話。按當(dāng)時(shí)物理學(xué)家的標(biāo)準(zhǔn)來說,，薛定諤直到中年都還沒有做出什么一流的工作,。他身體不太好，患有肺結(jié)核,，動(dòng)不動(dòng)就得療養(yǎng),。而且薛定諤還緋聞纏身，都知道他有婚外情,。1925年,，薛定諤三十七歲這一年，他出場(chǎng)的時(shí)機(jī)終于來了,。當(dāng)時(shí)薛定諤是在瑞士蘇黎世大學(xué),。他有個(gè)同事叫彼得·德拜，也是一位名字進(jìn)了教科書的物理學(xué)家,。傳說有一天,，德拜對(duì)薛定諤說，我看你最近也沒什么大事兒,，聽說德布羅意有篇論文很有意思,，連愛因斯坦都驚動(dòng)了，你能不能去研讀一下,，下次給我們做個(gè)報(bào)告,。這其實(shí)是物理學(xué)家的一個(gè)好傳統(tǒng)，到今天也是這樣,。所有人去讀所有的論文讀不過來,，常常是指定一個(gè)人去讀懂一篇論文,，然后講給本單位所有人聽。薛定諤讀的正是德布羅意提出“物質(zhì)波”的那篇論文,。薛定諤作了報(bào)告,，德拜當(dāng)場(chǎng)發(fā)表了一個(gè)評(píng)論。德拜說,，德布羅意這玩意兒純屬兒戲,。德拜說，什么叫物理學(xué)?你得有方程才行,。德布羅意憑空就說電子是個(gè)波,，那這個(gè)波滿足什么方程呢?它的行為由什么決定呢?沒有方程，就不是正經(jīng)的物理學(xué),。其他人都沒當(dāng)回事兒,，薛定諤卻是心中一動(dòng)。他心想我可以去弄個(gè)方程,。薛定諤用圣誕節(jié)假期搞出了第一版方程,，緊接著在1926年發(fā)表了四篇論文，最終提出了量子力學(xué)的波動(dòng)方程,。其中最關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)是在去療養(yǎng)期間做出來的,，據(jù)說當(dāng)時(shí)他的情人就在身邊陪伴，所以薛定諤這個(gè)大發(fā)現(xiàn)被某些人稱為“遲來的情欲大爆發(fā)”,。咱們來看一眼薛定諤方程,，這可是人類科學(xué)史上最重要的幾個(gè)方程之一： 
普朗克常數(shù)h不出意外地出現(xiàn)在方程之中，m是粒子的質(zhì)量,，Ⅴ是勢(shì)能,。這個(gè)方程描寫了“波函數(shù)”W(x，t)在不同位置和時(shí)間的變化,。那你說這個(gè)方程是怎么來的呢?不是從天上掉下來的!薛定諤的思路其實(shí)非常自然,，任何一個(gè)動(dòng)力學(xué)過程都得滿足能量守恒,，這個(gè)方程說的其實(shí)就是動(dòng)能+勢(shì)能=總能量,。真正的硬功夫在于如何驗(yàn)證你的猜想。薛定諤把氫原子的電勢(shì)能帶入到方程之中求解......然后奇跡發(fā)生了,。我們前面說了,，玻爾的原子模型是非常不完善的,，有一種山寨感和拼湊感。玻爾無法解釋為什么原子的能級(jí)必須是一個(gè)一個(gè)的,。而現(xiàn)在薛定諤用這么一個(gè)簡(jiǎn)單的方程解出來,，說為啥只有那幾個(gè)能級(jí)呢?為什么電子軌道只有那么幾個(gè)呢?因?yàn)檫@個(gè)二階偏微分方程正好就有那幾個(gè)本征值和本征函數(shù)!你可以忽略這句話里的數(shù)學(xué)，簡(jiǎn)單來說,，就是能級(jí)和軌道精確地包含在這個(gè)方程之中,。到這一步,，薛定諤方程肯定是對(duì)的了。不過事情中間還有一些波折,。海森堡和玻爾當(dāng)時(shí)已經(jīng)搞了一個(gè)“矩陣力學(xué)”,，一上來就是全量子化的，他們不相信波函數(shù)能連續(xù)變化,。玻爾把薛定諤請(qǐng)到哥本哈根演講,，海森堡幾乎是當(dāng)場(chǎng)翻臉。玻爾不停地勸說薛定諤,，說你這個(gè)波肯定不對(duì),，“薛定諤你必須理解......”一連說了好幾天，把薛定諤都給說住院了,。玻爾讓自己的妻子去給薛定諤送飯，妻子到醫(yī)院發(fā)現(xiàn)玻爾正在病床前說,，“薛定諤你必須理解......”好在薛定諤最終證明了他的波動(dòng)方程和海森堡的矩陣力學(xué)是相容的,。薛定諤得到了1933年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，跟他一起得獎(jiǎng)的是后面即將出場(chǎng)的另一位大牛,，保羅·狄拉克,。有了薛定諤方程，我們就可以精確地知道波函數(shù)在任何時(shí)間任何位置的數(shù)值,。什么雙縫干涉也好,、單縫衍射也好、原子的能級(jí)也好,，都可以用波函數(shù)計(jì)算出來,。德拜說的對(duì)，有方程跟沒有方程是真不一樣啊,，現(xiàn)在我們對(duì)量子世界真是有了一種掌控感,。但是直到這時(shí)候，薛定諤仍然不知道波函數(shù)到底是什么東西,。這個(gè)感覺簡(jiǎn)直就是量子力學(xué)給物理學(xué)家的詛咒,。你會(huì)算，你會(huì)用,，但是你不知道它是什么,。其實(shí)咱們前面說的普朗克和玻爾他們做的事也是這樣，先有了數(shù)學(xué),，然后再去尋找物理意義,。波函數(shù)到底是什么呢?薛定諤方程中有個(gè)虛數(shù)i，解出來的波函數(shù)不是實(shí)數(shù),，而是一個(gè)復(fù)數(shù),。而復(fù)數(shù)是無法測(cè)量的!我們生活的世界是一個(gè)實(shí)數(shù)的世界!說“這里的波函數(shù)的數(shù)值是1+2i”,，這算什么意思呢?后來還是德國(guó)物理學(xué)家馬克斯·玻恩提出了個(gè)解釋：波函數(shù)絕對(duì)值的平方，等于粒子出現(xiàn)在那個(gè)時(shí)間和那個(gè)地點(diǎn)的概率,。沒有被觀測(cè)到的粒子就好像是一片云,，它可以既在這里又在那里，但是它在各個(gè)位置被發(fā)現(xiàn)的概率并不是一樣大的?，F(xiàn)在有了波函數(shù),，我們可以說，波函數(shù)在一個(gè)地方的絕對(duì)值越高,，粒子在那里被發(fā)現(xiàn)的可能性就越大,。如果波函數(shù)在這里是0，粒子就絕對(duì)不會(huì)在這里出現(xiàn),。這個(gè)解釋叫做玻恩解釋,，它完美地符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。很多人相信,，波函數(shù),，包含了一個(gè)量子系統(tǒng)所有的物理信息。第一個(gè)大問題是,，玻恩解釋等于宣布了，量子力學(xué)只是關(guān)于概率的科學(xué),。薛定諤方程只能告訴你波函數(shù),，而波函數(shù)只能告訴你概率。你可以用薛定諤方程計(jì)算一個(gè)電子出現(xiàn)在屏幕上任何一個(gè)小區(qū)域內(nèi)的概率是多少,。如果你的計(jì)算結(jié)果說電子出現(xiàn)在這里的概率是0.1%,，而你在實(shí)驗(yàn)中用了一百萬個(gè)電子去轟，那么就會(huì)有大約一千個(gè)電子落在這里——這個(gè)概率是絕對(duì)精確的,。但是,，你能知道的，也只有概率,。那你說,，我現(xiàn)在只發(fā)射一個(gè)電子，我想預(yù)測(cè)這個(gè)電子會(huì)落在哪里,，這行不行呢?不行,。量子力學(xué)只會(huì)算概率。而且根據(jù)海森堡不確定性原理,，單個(gè)電子根本就沒有什么“哪里”這種說法,。波動(dòng)方程自動(dòng)兼容不確定性原理。對(duì)很多物理學(xué)家來說，只能算概率可是太難受了,。你要知道物理學(xué)原本是一個(gè)確定性的科學(xué),。你給我個(gè)臺(tái)球，只要我精確知道這個(gè)臺(tái)球此時(shí)此刻的速度和位置,，我精確知道它的周圍環(huán)境,，我就可以精確計(jì)算它在未來每時(shí)每刻的速度和位置。當(dāng)然絕對(duì)的精確是做不到的——但那只是技術(shù)問題——經(jīng)典物理學(xué)在原則上,，沒有任何不確定性,。可是現(xiàn)在量子力學(xué)等于說不確定性是個(gè)內(nèi)在的性質(zhì)。為什么這個(gè)電子在這次實(shí)驗(yàn)中打到了屏幕的這個(gè)位置,，而不是那個(gè)位置?是被風(fēng)吹了一下嗎?是什么神秘的“天地氣機(jī)”影響的嗎?反正這總要有個(gè)理由吧?電子不可能有自由意志吧?它不能無緣無故地做出這樣的選擇吧?用愛因斯坦的話說,，就是“上帝不會(huì)擲骰子”......吧?經(jīng)典世界里任何事情的發(fā)生總有前因后果——但是在量子世界里，電子的具體落點(diǎn)這件事,，沒有任何理由,。概率的大小有理由，概率是否落實(shí),，沒理由,。也許上帝就只會(huì)設(shè)定概率。玻爾說,，“愛因斯坦你不要告訴上帝該怎么做?！?/span>第二個(gè)大問題是,，波函數(shù)是一個(gè)十分怪異的存在。是,，波函數(shù)可以讓你精確計(jì)算干涉和衍射之類的現(xiàn)象,，你覺得波函數(shù)必定是一個(gè)真實(shí)的東西。但是咱們想想這么一個(gè)過程......比如一個(gè)在空中“飛行”的電子,，當(dāng)它還沒有打在屏幕上的時(shí)候,，你知道它在附近是無處不在的，它的波函數(shù)在附近各個(gè)地點(diǎn)都有一定的取值,，波函數(shù)很實(shí)在,。可是當(dāng)電子一旦打在屏幕上，它的位置就固定了,，波函數(shù)瞬間就在周圍其他位置都沒有存在了,，都變成了0。這叫做“波函數(shù)的坍縮”,。電子從一個(gè)“波”,，坍縮成了一個(gè)粒子。那好，請(qǐng)問,，在這個(gè)坍縮的過程中,，波函數(shù)發(fā)生了什么呢?本來是全局的，現(xiàn)在突然變成了一個(gè)點(diǎn),。這個(gè)過程是非定域性的,，是突然發(fā)生的，是不可逆的,，是不連續(xù)的,。你不覺得這太突兀了嗎?世界上有什么東西，會(huì)突然間在各個(gè)地方消失?一個(gè)真實(shí)的物理存在怎么能這樣做事呢?物理學(xué)家總是認(rèn)為什么事情都應(yīng)該是逐漸地,、連續(xù)地變化的,，這種突變太怪了。薛定諤就非常不喜歡像氫原子的電子能級(jí)躍遷那樣的突然變化,，他有一次跟海森堡和玻爾爭(zhēng)論的時(shí)候說：“如果量子躍這種東西還繼續(xù)存在,，我就很后悔自己參與了量子力學(xué)!”回顧這段歷史，我們看到像玻爾,、海森堡和玻恩這些人很容易就接受了量子力學(xué),，他們代表“主流”。因?yàn)檫@一派人物都團(tuán)結(jié)在丹麥哥本哈根大學(xué)玻爾的麾下,，量子力學(xué)的這個(gè)主流解釋也被稱為“哥本哈根解釋”,。而像普朗克、愛因斯坦,、德布羅意和薛定諤,，雖然他們對(duì)量子力學(xué)做出了決定性的貢獻(xiàn)，但是他們并不愿意接受“主流解釋”,。這是為什么呢?這可能跟思想保守有關(guān)系,，但是以我之見，這里面還有一個(gè)講不講哲學(xué)的問題,。如果你是工程師思維,，做事只看結(jié)果，那么量子力學(xué)已經(jīng)能給你提供足夠好的結(jié)果了,。沒有誰需要精確預(yù)測(cè)單個(gè)電子的位置!做實(shí)驗(yàn)都是用一大堆粒子,，量子力學(xué)描寫集體行為非常精確。物理學(xué)家有句話叫“Shut up
and calculate!”意思就是別想那些沒用的了,，算就完事了,。但是有的人自帶一點(diǎn)哲學(xué)家思維，他們非得想一想,。你這一細(xì)想,，那個(gè)本質(zhì)的不確定性和突然間的波函數(shù)坍縮，就太難讓人接受了。所以說哲學(xué)有時(shí)候也真是害人啊,，思考帶給你的并不總是快樂,，還可能有無盡的痛苦。不管怎么說,，薛定諤方程完全打開了量子力學(xué)的大門,。物理學(xué)家們走進(jìn)大門，立即發(fā)現(xiàn)了各種各樣神奇的事情,。
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