在量子力学的星空下，埃尔温·薛定谔不仅是一位伟大的理论物理学家，更是一位敢于跨越学科界限的思想者。他一方面提出了波动方程，奠定了量子力学的数理基础；另一方面，他也不断质疑量子理论的解释，试图揭示其背后未解的哲学难题。1935年，他在回应爱因斯坦提出的EPR佯谬时创造了“量子纠缠”一词，并提出了著名的“薛定谔的猫”思想实验。这不仅成为量子力学与哲学交汇的经典议题，更在科学史上留下了最为传奇的隐喻。

这只从未真实存在的“猫”，生动诠释了量子哲学中的一大困境——它让人们直面叠加态、测量与现实三者之间的尖锐张力，也把“观测”这一概念推上了科学与哲学的交锋舞台。更令人意想不到的是，薛定谔并未局限在物理学，他还在《生命是什么？》中探讨了生命的物理学基础，对分子生物学的发展产生了跨时代的影响。

Part.1

爱因斯坦来踢馆——EPR佯谬点燃的量子争论

1930年代，量子力学已经风光无两：它可以解释原子光谱、光电效应、电磁辐射，几乎在实验中百发百中。但在成功的背后，许多物理学家心里仍然打鼓——这门理论是不是太奇怪了？最不放心的，就是阿尔伯特·爱因斯坦。

爱因斯坦一直坚持，物理世界应该是确定的、局部的：一个物体此刻的状态，不可能依赖于宇宙另一头发生了什么。他很难接受玻尔和海森堡的主张——量子世界在测量之前根本没有“确定”的结果，测量本身才让现实显现出来。在他看来，这种解释就像在说：“月亮只有当你抬头看它时，才真的在那里。”这实在太荒谬。

1935年，爱因斯坦和他的两位同事（波多尔斯基与罗森）决定公开“踢馆”。他们在《Physical Review》上发表了一篇文章，后来被称作“EPR佯谬论文”。文中他们设计了一个思想实验：假设有两颗处于纠缠态的粒子，最初在一起相互作用，然后飞向相反方向。根据量子理论，这两颗粒子之间会保持一种神秘的“联系”。如果你在左边测量第一颗粒子的位置，那么无论右边的第二颗粒子飞得多远，它的状态都会立即被决定。

图1 1935年，爱因斯坦、波多尔斯基、罗森提出EPR佯谬，质疑量子力学的完备性（Wikipedia）

“这怎么可能？”爱因斯坦觉得，这简直意味着一种远距离的瞬时作用，违背了相对论中光速不可超越的原则。虽然他在当年的论文里没有用上那句著名的“鬼魅般的远距作用（spukhafte Fernwirkung）”，但在之后与玻恩的通信中，他确实用这句话来表达心中的不安。

薛定谔当时正仔细读着这篇论文。他和爱因斯坦私下有频繁的通信，彼此都对量子理论的“古怪”表示担忧。不同的是，爱因斯坦更希望证明量子力学不完备，而薛定谔却被这怪异的特性深深吸引。他在给爱因斯坦的信里，第一次用德语词“Verschränkung（纠缠）”来形容这种神秘的联系——这就是今天大家熟知的“量子纠缠”。

Part.2

那只既死又活的猫——薛定谔的反讽实验

1935年夏天，薛定谔和爱因斯坦的通信仍在继续。EPR佯谬论文点燃了整个物理学界的争论，薛定谔决定用一个极端的思想实验，把量子力学的奇特推到常人也能理解的地步。

想象一个密闭的铁箱子，里面关着一只猫。旁边放着一个小瓶毒药，而毒药是否释放，则取决于一个放射性原子。按照量子理论，原子在观测前既可能衰变，也可能不衰变——它处在两种状态的叠加中。原子一旦衰变，就触发装置释放毒药，猫会死；原子不衰变，猫就活着。问题是，在箱子没被打开之前，猫究竟是死是活？

图2“薛定谔的猫”思想实验的示意图（Wikipedia）

如果完全遵循哥本哈根的解释，那么原子处于衰变与未衰变的叠加态，而猫也就与之“绑在一起”，处于既死又活的叠加态。只有当人类打开箱子观察时，整个叠加才会“坍缩”为一个确定的结果。

薛定谔提出这个例子时，带着明显的讽刺意味。他并不是要说猫真的能“半死半活”，而是要指出：如果把量子理论不加修饰地外推到宏观世界，就会得出荒诞结论，这说明问题出在解释上，而不是自然界真的如此怪异。

科学界对这只猫的反应各不相同。玻尔一派说：“这正好说明观测才是关键。”爱因斯坦则冷笑：“这正是我不信服量子力学的地方。”而薛定谔自己，当时只是想用这只虚拟的猫提醒大家：量子力学的哲学根基远未搞清楚。

谁能想到，这只从未存在过的“猫”，会成为20世纪最著名的科学符号。它不仅进入了学术讨论，也爬进了课本、科普书籍、小说和电影，成了人类理解量子世界奇妙性的代言者。

Part.3

从微观到生命：薛定谔与“负熵”的大胆预言

如果说“薛定谔的猫”让人们直面量子理论与常识之间的冲突，那么《生命是什么？》则展示了薛定谔思想的另一面：他试图用物理学去理解生命的秩序。

1943年冬天，二战的炮火仍在欧洲大陆轰鸣，在爱尔兰都柏林，薛定谔于都柏林三一学院开设了一系列讲座。第二年，这些讲稿由英国的剑桥大学出版社结集出版，书名就叫《What is Life?》。

图3 薛定谔所著的《生命是什么？》一书（Wikipedia）

当时的生物学正处在关键时刻。遗传规律已被确认，但遗传物质是什么？答案扑朔迷离。许多人认为是蛋白质，因为它们足够复杂；而“核酸”则被视为可能性较低的候选。薛定谔却用物理学的思维，提出了两个大胆的设想：

首先，遗传物质应当是一种“非周期晶体（aperiodic crystal）”。这种分子既稳定，能跨越世代保存信息；又复杂，能储存丰富的遗传密码。这个想法后来在DNA的双螺旋中得到了验证。

其次，生命之所以能维持高度有序，并不是违背热力学第二定律，而是因为生命不断从环境中吸收有序能量，抵消熵增的趋势。薛定谔把这种过程称为吸收“负熵（negative entropy）”。换句话说，生命就是在与宇宙熵增赛跑。

这本不到百页的小册子在战后影响了整整一代年轻科学家。沃森和克里克后来承认，正是《生命是什么？》让他们意识到遗传信息必然有坚实的物理学基础。1953年，他们发现DNA双螺旋结构，这与薛定谔的预言形成了跨学科的呼应。

正如历史学家所评价的那样，这本小册子是“物理学家赠予生物学的一份珍贵礼物”。薛定谔从量子力学的微观出发，却将视野扩展到生命的宏观本质，他的跨界思考为科学开辟了全新的疆域。

Part.4

结语——方程写下微观世界，猫揭开存在谜题

回顾薛定谔的思想轨迹，我们看到的是一位在科学与哲学之间自由穿梭的巨人。1926年，他用简洁而优雅的波动方程为量子世界描绘出数学图景，让电子能级和原子结构从神秘走向清晰，奠定了现代物理的基石。

然而，他并未止步于此。十年后，他在与爱因斯坦的交锋中提出“纠缠”，又以“猫”的悖论直指量子世界与日常现实之间的张力；再后来，他将目光投向生命本身，提出“负熵”的构想，为分子生物学的发展点亮了方向。方程与猫，科学与生命，这些看似分散的片段，汇聚在一起，勾勒出薛定谔独特而完整的思想版图。

1961年1月，充满传奇色彩的薛定谔走完了他的一生，安葬在奥地利阿尔卑巴因小镇的墓地。他的墓碑极其简朴，却刻着那条改变物理学的公式——薛定谔方程。这不仅是他一生的写照，更像是他留给后世的宣言：用方程去探索微观的真理，用思想去追问现实与生命的奥秘。

图4 镌刻在欧文·薛定谔墓碑上的薛定谔方程（Wikipedia）

今天，方程仍在引导物理学家计算微观世界的规律，那只猫依旧在“盒子”里提醒我们现实的多重面貌，而生命的谜题也远未有最终答案。薛定谔留给我们的，不是终点式的结论，而是不断追问的勇气。他用自己的科学与哲学遗产告诉我们：科学不是现成答案的集合，而是一段由问题点亮的旅程。

参考文献:

[1]Einstein A, Podolsky B, Rosen N. Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete?[J]. Physical review, 1935, 47(10): 777.

[2]Schrödinger E. Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik[J]. Naturwissenschaften, 1935, 23(50): 844-849.

[3]Born M, Born H, Born I, et al. The Born-Einstein letters: correspondence between Albert Einstein and Max and Hedwig Born from 1916 to 1955[M]. Walker, 1971.

[4]Schrödinger E, Penrose R. What is Life?[J]. American history, 1945, 1861(1900).

[5]Watson J D, Crick F H C. Molecular structure of nucleic acids: a structure for deoxyribose nucleic acid[J]. Nature, 1953, 171(4356): 737-738.

出品：科普中国

作者：栾春阳、王雨桐

监制：中国科普博览

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