参考来源:
1. 诺贝尔基金会官网:埃尔温·薛定谔官方传记(1933年度诺贝尔物理学奖资料,nobelprize.org)。
2. 薛定谔:《生命是什么》(What Is Life?),1943年2月都柏林三一学院公开讲座稿,1944年剑桥大学出版社出版。
3. 薛定谔1935年论文《量子力学的现状》,载德文《自然科学》(Die Naturwissenschaften);同年剑桥哲学会会报英文论文论纠缠概念。
4. 薛定谔哲学著作:《自然与希腊人》(1954年出版)、《心与物》(1958年出版)、身后整理出版的《我的世界观》。
5. 诺贝尔基金会官网1962年生理学或医学奖专题(沃森、克里克、威尔金斯与DNA双螺旋结构);美国国家人类基因组研究所1953年DNA双螺旋专题资料。
6. 苏黎世大学、苏黎世联邦理工学院量子中心、都柏林高级研究院(DIAS)、维也纳大学史料;斯坦福哲学百科全书、科普中国等公开学术与科普资料。
部分章节仅代表笔者个人观点,请理性阅读。
1961年1月4日,维也纳。
七十三岁的埃尔温·薛定谔在长期病痛之后去世,身边是相伴多年的妻子安妮·贝特尔。
他的遗体后来安葬在奥地利蒂罗尔州的阿尔普巴赫,那是他和家人早年度假停留过的小镇。
病历记录显示,他晚年长期受肺结核困扰,病情在生命末段反复加重。
把时间往回拨二十八年。
1933年,瑞典皇家科学院宣布,1933年度诺贝尔物理学奖由薛定谔与英国物理学家保罗·狄拉克分享,表彰两人分别以波动力学与相对论性波动力学建立起原子理论的新形式。
这一年薛定谔已经离开纳粹上台后的德国,先在牛津大学担任访问研究员。
奖章、退职、迁徙,三件事挤在同一年发生。
时间再往后推到今天。
各类社交平台上反复流传一种说法,称这位诺贝尔物理学奖得主讲过死亡只是错觉、生命根本不会终结,有人把这句话转发给家人作为安慰,也有人把它和那只著名的猫绑定在一起,引申出各类解读。
先把事实核查结果放在前面。
翻遍薛定谔公开发表的论文、专著与演讲记录,找不到与“死亡只是错觉,生命根本不会终结”逐字对应的原话,这句话属于后人从他两套思想中提炼、拼接出来的通俗概括。
两套线索分别落在两条完全不同的线上:一条是热力学与生物物理,核心概念是负熵与有序结构;另一条是哲学层面的意识观,核心主张是个体心灵的多样性只是表象。
全文先按时间顺序交代他的出身、求学、学术转折与流亡经历,免费部分只陈述可查证的事实过程;卡点部分把《生命是什么》成书经过与热力学层面的死亡事实铺到台面;付费部分再逐条展开两套思想的具体内容、学界争议边界与客观分歧。
科学能够验证的内容如实标注,超出实验验证边界的哲学推论单独标明观点性质,不把推测混进史实。
阅读之前明确一条区分:人物生平、著作年份、奖项归属、实验设定这些属于可核对的史实;关于意识是否随个体消亡、生命是否以某种形式延续的讨论,属于带有解释立场的观点。
后文凡是观点性段落,均与史实段落分开表述,读者可以按自己的判断取舍。
二十世纪上半叶是物理学与哲学边界反复移动的年代。
经典物理的确定性框架在微观层面被打破,一批物理学家在处理方程之余,被迫重新面对意识、实在与因果这些传统哲学问题。
薛定谔的特殊之处在于,他既在方程的数学构造上完成了关键工作,又在晚年持续写作哲学论著,两条线索在他身上没有被学科围墙隔开。
【一】维也纳世家与求学岁月(1887—1918)
1887年8月12日,薛定谔出生在维也纳埃德伯格区,家中只有他一个孩子。
父亲鲁道夫·薛定谔经营一家油布工厂,早年完成化学专业训练,之后多年从事意大利油画创作,又把兴趣转向植物学,发表过植物谱系方向的论文。
母亲一方的学术色彩更浓,外祖父亚历山大·鲍尔是维也纳工业大学的化学教授,母亲从小在大学环境中长大。
家庭藏书涉及化学、植物学、绘画与文学,餐桌上的讨论不局限于生意账目,这构成了他最早的知识底色。
中学阶段的薛定谔兴趣铺得很开。
自然科学课程他愿意钻研,古代语法体系里严密的逻辑链条他同样欣赏,德国诗歌的节奏与意象也能引起他的注意。
他明确不适应的是死记硬背式的学习方式,厌恶捧着书本逐字背诵数据和年代。
这份偏好延续到大学阶段,表现为一种稳定的治学习惯:先把概念背后的推导链条想通,再接受具体结论,拒绝只记结论不问来由。
1906年,他进入维也纳大学攻读物理与数学,1910年取得物理学博士学位。
大学期间对他影响最深的老师是弗里茨·哈森诺尔,一位接在路德维希·玻尔兹曼之后主持理论物理教席的学者。
玻尔兹曼创立的统计力学用分子运动与概率分布解释热现象,把熵、自由度、微观态这些概念放进物理学的基本框架。
薛定谔在这几年里系统掌握了连续介质中的本征值方法,这门数学训练在十几年后直接支撑了波动方程的构造。
研究生与助教阶段,他跟随实验物理教授弗朗茨·埃克斯纳工作,与朋友科尔劳施合作为学生安排实操训练。
他后来承认自己在实验操作上不算精通,思考的重心始终偏向理论一侧。
除了物理,他还做过颜色感知的生理光学研究,相关兴趣来自早年与埃克斯纳、科尔劳施的合作以及亥姆霍兹的生理光学传统。
1914年第一次世界大战爆发,薛定谔应征入伍,担任炮兵军官,在战争期间履行兵役义务,没有中断对理论物理的持续关注。
战事结束后,他回到学术岗位,先后在维也纳、耶拿等地谋求教职。
1918年前后,三十一岁的他曾有过一份职业设想:若能拿到切尔诺维茨大学的理论物理教席,课堂教学之外把主要精力转向哲学研究。
支撑这份设想的阅读积累已经相当具体。
根据他本人晚年留下的笔记,那一阶段他反复阅读斯宾诺莎、叔本华、马赫、理查德·塞蒙与阿芬那留斯等人的著作。
斯宾诺莎的实体一元论、叔本华的意志哲学、马赫的感觉分析传统,共同构成他早期哲学阅读的主干。
这批阅读在青年时代埋下种子,中间被物理学研究压过几十年,到晚年写作哲学论著时重新浮上纸面。
哲学观点的具体内容放到付费部分展开,此处只交代阅读背景这一事实。
维也纳在十九世纪末到二十世纪初是欧洲哲学与科学交汇的重镇。
马赫在维也纳大学任教期间形成的经验批判主义传统、布伦塔诺开创的意向性研究脉络,都在这座城市的知识空气中流动。
薛定谔没有直接师承这些哲学学派,他的哲学阅读始终与物理研究并行,属于个人化的思想积累。
这种不依附学派的阅读方式,使他晚年写作时可以自由调用不同传统的材料,不必受某一体系的术语约束。
从家世到求学,两条线索已经清楚:一条是数学与理论物理的技术训练,另一条是哲学与博物学的广泛兴趣。
前者决定了他后来构造波动方程的能力,后者决定了他晚年反复回到意识与世界本原问题的倾向。
1920年前后,德语区大学的教职变动把他带离维也纳,学术生涯进入快速上升期。
【二】苏黎世六年与波动方程(1920—1927)
1920年,薛定谔先在耶拿大学担任物理学家马克斯·维恩的助理,同年转赴斯图加特大学任副教授。
1921年,他接到布雷斯劳大学正教授聘约,任职时间不长,同年又接受苏黎世大学的邀请,接替马克斯·冯·劳厄留下的理论物理讲席。
从1921年到1927年,他在苏黎世大学工作了六年,这是他学术产出最密集的阶段之一。
苏黎世大学的同事网络对他帮助很大。
数学家赫尔曼·外尔同在苏黎世工作,两人在数学物理问题上常有交流;物理学家彼得·德拜也在苏黎世,定期组织学术讨论。
小城的学术节奏宽松,讨论不限于正式报告,散步、茶叙都可能带出问题线索。
薛定谔后来回忆苏黎世岁月时评价很高,把这六年视作职业生涯中状态最好的时期之一。
这一阶段他的研究题目相当分散:固体比热、热力学与统计概率、原子光谱、颜色的生理感知都在写作清单上。
分散的题目背后有一条共同主线,即寻找微观现象背后统一的数学描述。
当时物理学界面对的核心困难是玻尔的原子模型:电子按固定轨道绕核运动,量子化条件被人为加在轨道半径上,氢光谱的几条主要谱线可以算出,模型却缺乏自洽的数学基础,轨道之间的跃迁机制也解释不清。
薛定谔不满意这种补丁式结构,他判断原子光谱的规律应当由一道求本征值的方程自然给出,而不是靠额外规则约束。
1926年1月26日,他把第一篇论文《量子化作为本征值问题·第一报告》提交给《物理学年鉴》(Annalen der Physik)。
从1月到6月,四篇波动力学报告连续发表,系统给出了波函数满足的微分方程,也就是后来通称的薛定谔方程。
方程的内容可以用通俗方式说明。
微观粒子不再被当作位置和动量一并确定的经典小球,而是由一个波函数描述;波函数的模方对应粒子在空间某处出现的概率密度。
给定原子的势场与边界条件,求解方程得到的本征值序列直接对应原子允许的能级,电子在能级之间跃迁时吸收或释放的光子频率由能级差决定。
整套推导不需要人为指定轨道,量子化从方程结构中自然显现。
几乎同一时期,海森堡、玻恩、约当发展出矩阵力学,用代数矩阵描述量子跃迁。
两种形式后来被证明在数学上等价,只是出发点和表达语言不同。
薛定谔的波动方程凭借微分方程语言,更容易被当时受过经典物理训练的研究者接受,迅速进入教科书和课堂。
普朗克读完早期论文后给予高度评价,认为长期困扰的问题得到了清晰解答;爱因斯坦也在通信中肯定了方程推导的思路。
需要保留的一点事实是,薛定谔本人并不接受后来成为主流的概率解释。
他倾向于把波函数理解为真实的物质波分布,对“观测导致概率坍缩”的说法始终保留意见。
这份保留意见在1935年那只猫的实验中被推到台前,构成他与哥本哈根学派长期分歧的起点。
方程发表后的验证工作推进很快。
把氢原子的库仑势场代入方程求解,得到的能级序列与里德伯公式给出的光谱频率精确吻合,巴尔末系等已知谱线被自然纳入同一套数学结构。
矩阵力学与波动力学后来被证明等价,研究者可以按题目需要选择表达形式,波动方程在求解具体能级问题上使用频率更高。
1927年索尔维会议前后,量子力学的数学框架基本成型,薛定谔方程是这套框架的支柱之一。
他本人在解释层面的保留意见没有削弱方程本身的应用价值,数学结构与物理解释在他这里被分成两个层面处理。
1927年,薛定谔离开苏黎世,赴柏林大学接任马克斯·普朗克退休后的理论物理讲席。
柏林当时是欧洲理论物理学的中心之一,每周研讨会上聚集着普朗克、爱因斯坦、冯·劳厄等年长学者,年轻研究者在同一间屋子里交流。
薛定谔在柏林的讲席地位稳固,学术声望达到职业生涯的高点。
也正是在柏林的这几年,德国政治局势急转直下,平静的学术生活即将被时代打断。
【三】争议、流亡与都柏林落脚(1933—1940)
1933年希特勒上台后,德国大学系统开始清洗犹太裔学者,部分人被解除教职,部分人被迫流亡。
薛定谔本人没有犹太血统,按身份可以留在柏林,他仍在当年辞去柏林大学理论物理学教授职位,离开德国,先到英国牛津大学马格达伦学院担任访问研究员。
这一选择与学术待遇无关,更多出于对学界清洗气氛的不接受。
1933年,瑞典皇家科学院宣布1933年度物理学奖由薛定谔与狄拉克分享,颁奖理由是原子理论新形式的建立;1932年度物理学奖此前已授予海森堡。
获奖消息与流亡处境一并落在他1933年的履历里,荣誉与动荡并置。
1934年,美国普林斯顿大学向他提供永久教职,他经过斟酌没有接受,此后继续在欧洲寻找稳定的研究位置。
1935年是理论争议集中爆发的一年。
爱因斯坦、波多尔斯基、罗森联名发表论文,质疑量子力学描述的完备性,史称EPR论文。
薛定谔与爱因斯坦保持书信往来,同年在德文《自然科学》杂志分三部分发表论文《量子力学的现状》,文中提出著名的猫思想实验;他还在剑桥哲学会会报发表英文论文,讨论分离系统之间的概率关系,首次系统定义“纠缠”(德语Verschränkung)概念,描述两个分开后仍相互关联的量子系统。
猫实验的装置设定可以客观复述:一只猫被关在密闭钢盒内,盒内放置一个放射性原子、一个盖革计数器、一把联动锤子和一小瓶毒药。
若原子在设定时间内发生衰变,计数器触发锤子击碎药瓶,猫中毒;若未衰变,猫保持存活。
按量子力学的形式描述,盒盖打开之前,原子处于衰变与未衰变的叠加状态,猫的状态也被连带描述为存活与死亡的叠加。
薛定谔设计这个实验的意图并非赞美叠加态的神奇,而是暴露哥本哈根诠释延伸到宏观物体时的困难。
一只日常意义上的猫不可能一边存活一边死亡,把微观叠加直接套到宏观尺度会得出违背经验的结论。
波函数坍缩的位置由此成为公开争论的焦点,解释涉及仪器读数、人的感知环节以及更深层的意识角色等不同说法。
这个问题在当时没有标准答案,此后几十年也持续出现在量子力学解释的讨论中。
哥本哈根诠释的基本主张是:测量之前量子系统处于叠加态,测量行为使波函数按概率随机坍缩到某一确定状态;玻尔与海森堡是这一派的代表,也是当时课堂与论文中的主流说法。
薛定谔与爱因斯坦站在同一质疑立场,两人都倾向于认为量子力学的概率描述背后还存在更完备的物理要素,只是当时尚未找到。
分歧没有影响两人在数学成果上的互相承认,争论集中在解释层面而非方程本身。
1936年,薛定谔接受奥地利格拉茨大学的教职聘约,回到故乡奥地利。
多年后他在自述中承认,这一决定受乡愁影响很大,谨慎判断被情感压过。
1938年3月,德军吞并奥地利,1933年离开德国的经历被官方重新解读为不友好行为,他在格拉茨的处境迅速恶化。
1938年9月,他离开奥地利,先到比利时,在日内瓦大学短期访问,随后经意大利转赴牛津,流亡路线曲折且缺乏稳定保障。
1939年,爱尔兰总理埃蒙·德瓦莱拉推动筹建都柏林高级研究院,参照普林斯顿高等研究院的模式设置理论物理学院,邀请薛定谔担任首任院长。
1940年他正式赴都柏林任职。
二战期间爱尔兰保持中立,研究院避开了欧洲大陆的战火破坏,为他提供了相对安静的写作与研究环境。
从1940年到1955年退休,他在都柏林主持理论物理学院长达十五年,这段时期一并产出量子基础研究、统一场论尝试和那本跨界的生命科学小书。
1933年离德前后,他与爱因斯坦的学术联系逐渐紧密。
两人对哥本哈根概率解释的不满相近,书信往来讨论波函数解释、量子实在性和场论统一问题;1935年EPR论文出现后,薛定谔在回信和自己的论文中系统展开互补讨论,纠缠概念正是在这一轮交流中成型。
思想上的同盟关系没有转化为制度上的固定合作,两人各自在流亡和研究环境中继续推进题目。
1937年,他获得德国物理学会颁发的马克斯·普朗克奖章,这一荣誉授予在理论物理领域有突出贡献的学者。
奖章来自德国学界的认可,而他本人此时已经不在德国任职,奖项与处境之间的反差,是那个年代学者处境的一个缩影。
都柏林阶段的研究主线有两条:一条是引力与电磁力的统一场论尝试,这一题目爱因斯坦同样长期投入,始终没有完成;另一条是量子力学基础问题的持续讨论。
两条主线之外,1943年的一次公开讲座把他带进生物学领域,讲稿整理成书后影响了此后数十年的分子生物学发展。
【四】都柏林小书与第一道悬念
1943年2月,薛定谔在都柏林三一学院面向公众做了三场系列公开讲座,题目定为《生命是什么》。
听众构成比较杂,既有大学师生,也有对科学话题感兴趣的普通市民。
讲座稿次年由剑桥大学出版社整理成书,正文篇幅不足一百页,出版后累计销量超过十万册,被列入二十世纪影响广泛的科学著作名单。
一本物理学家写的小书,最终被分子生物学研究者反复引用,这个结果超出了讲座策划时的预期。
书中两个核心概念需要先交代清楚。
第一个是负熵。
薛定谔提出,生命体维持存活的关键在于持续从环境中汲取低熵物质,通过代谢把机体内部不可避免产生的熵排到体外,使自身长期保持在低熵、高有序的稳定状态。
食物、饮水、呼吸承担的不只是能量补充功能,更承担秩序输入功能;植物从阳光获取低熵能量,太阳是地球生命链条终极的低熵来源。
第二个是“非周期性晶体”。
当时遗传物质的化学实体尚未查明,他从物理学角度推断,承载遗传信息的分子应当排列不规则却高度稳定,信息由原子排列的细微差异编码保存。
这一推断在十年后得到侧面印证。
1953年4月25日,《自然》杂志发表沃森与克里克提出的DNA双螺旋模型,脱氧核糖核酸被确认为遗传物质载体,其长链上的碱基排列顺序承担信息编码功能,与非周期性晶体的设想在精神上高度吻合。
1962年,沃森、克里克与威尔金斯因DNA分子结构的发现获得诺贝尔生理学或医学奖。
一批分子生物学家在回忆中承认,《生命是什么》把他们从传统生物学训练引向了物理化学交叉的研究方向。
热力学层面还有一层与死亡直接相关的事实。
孤立系统的熵只增不减,最终走向内部均匀的热力学均衡;均衡状态在物理意义上对应死亡,活着的机体必须持续远离均衡才能维持功能。
构成人体的碳、氢、氧、氮、钙、磷等元素在死后进入泥土、植物和水体循环,物质元素本身不会消失,消散的只是原子之间的排列方式与结构关系。
物质守恒与结构易逝这两层事实,构成了讨论生死问题的物理底座。
而当这位物理学家在都柏林的书桌前把生命写成一本熵与秩序的账目时,他自己也不会料到,多年后在公共讨论中被反复复述的那句判断,并不藏在原子碰撞和热量收支之间,而是藏在他晚年另一批被归入哲学的文字里……
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