僅憑概率活著

1926年，奧地利物理學家薛定諤提出薛定諤波動方程，他認為每個微觀系統(tǒng)都有一個波動方程，通過解方程得出波函數(shù)的具體形式以及對應(yīng)能量，從而了解微觀粒子的運動狀態(tài)。該方程成為量子力學的基本方程和基本假定，對應(yīng)經(jīng)典力學中的牛頓定律。在量子論的“哥本哈恨詮釋”中，薛定諤波動方程不僅可以描述微觀系統(tǒng)，同樣適用宏觀系統(tǒng)甚至整個宇宙。

薛定諤波動方程因為使用了熟悉的波動概念與數(shù)學，相對矩陣力學中抽象的矩陣代數(shù)，在物理學界得到了廣泛接受與贊譽，提出以矩陣力學描述微觀系統(tǒng)的德國物理學家海森堡對此頗為不安。1927年，海森堡發(fā)表文章，提出“海森堡不確定性原理”：“粒子的位置確定越是精確，它的動量就越不精確，如果我們提高測量位置的精確性，就不得不失去對動量測量的精確，反之亦然”。他在文章中解釋了為什么無法同時測量一個電子的位置和動量，但并沒能提供數(shù)學證明。

量子力學上與海森堡不確定性原理異曲同工并連海森堡本人都曾混淆的是“觀察者效應(yīng)”：觀察這一行為將改變觀察對象的狀態(tài)。量子論中“波函數(shù)的坍縮”：在觀察之前，一個粒子的狀態(tài)是不確定的，波函數(shù)彌散，表示它的概率，我們探測之后，波函數(shù)坍縮，粒子隨機取一個絕對值出現(xiàn)。

1927年10月，第五屆索爾維會議在布魯塞爾召開。愛因斯坦與量子力學領(lǐng)袖玻爾展開激烈交鋒。以玻爾為首的“哥本哈根詮釋”認為，量子系統(tǒng)的描述是幾率的，一個事件的幾率是波函數(shù)的絕對值平方。雖然愛因斯坦和玻爾均以量子力學成就獲諾貝爾獎，作為因果律的信徒，愛因斯坦對量子論的測不準關(guān)系及幾率解釋感到不滿，認為量子力學的描述方式不完善，限制了我們對客觀世界的完備認識。在會議期間，愛因斯坦設(shè)計了一系列思想實驗以駁倒測不準關(guān)系，但都以失敗告終。然而愛因斯坦仍然堅持他對物理世界的基本觀點，認為上帝不會擲骰子。他還提問“月亮在你不看著它的時候就不存在了嗎”。薛定諤和愛因斯坦站在了同一立場。

1933年1月希特勒上臺，納粹查抄愛因斯坦的公寓并凍結(jié)了他的銀行賬戶，正在美國訪問的愛因斯坦宣布辭去普魯士科學院院士，定居普林斯頓，成為新成立的普林斯頓高等研究院最早的成員之一。薛定諤作為非猶太人并未受到迫害，但他仍懷著恐懼旁觀了狂熱的帝國政權(quán)與同樣狂熱的帝國民眾此后一系列暴行。之后他離開柏林，前往牛津大學任教，并于同年以波動方程獲得諾貝爾獎。

1935年，愛因斯坦和兩位高等研究院同事發(fā)表文章，聲稱“量子力學是不完備的”，存在著現(xiàn)實因素，也即確定數(shù)量或比例的物理上的客觀，而并非如量子力學聲稱的“自然界是或然的”。在與薛定諤的通信中，愛因斯坦提出假設(shè)：一個球，兩個封閉的盒子，在打開任意一個盒子之前，球被放在第一個盒子的概率是50%。但愛因斯坦環(huán)疑這個表述是不完整的，僅僅計算概率不夠，他相信有一個臺適的原子域的理論可以計算出球在第一個盒子出現(xiàn)的確定值。

薛定諤開始著手寫一篇自己的長文。之后他收到愛因斯坦另一封以不穩(wěn)定的火藥為假設(shè)對象論證“自然必須在兩種狀態(tài)中做出選擇”的信，十天后，薛定諤的“貓”誕生了。

薛定諤在寫給愛因斯坦的回信中假設(shè)了這樣的情景：一只貓、一瓶毒藥、一個蓋革計數(shù)器、一定數(shù)量的鈾裝在封閉的鋼制盒子里，鈾的分量極少，在接下來一小時內(nèi)發(fā)生原子衰變的可能近似于無。盒子里還有一個控制錘子的設(shè)備，如果沒有探測到原子衰變，則貓會活著；一旦探測到衰變，錘子將打碎瓶子，釋放出氫氰酸，貓會被毒死。量子力學認為，在任何人打開盒子確認之前，這只貓既不是活的也不是死的，它以一種活著和死了的疊加狀態(tài)存在。

薛定諤本意是以這個殘忍比喻嘲笑量子力學相對經(jīng)典世界的荒謬，但荒謬的是，他的貓在之后若干年成為教授量子力學理論最熟悉的比喻。在當時，愛因斯坦學術(shù)上的“敵人”玻爾和海森堡宣稱：這只貓所處的“混合狀態(tài)”，正是自然界的基本特征。但愛因斯坦仍然堅信：自然必須做出選擇，生或者死，沒有生而且死這么回事。上帝不擲骰子。他窮其一生都在尋找一個比量子力學更完備的理論，當然并沒有成功。

薛定諤之后將這篇名為《量子力學的現(xiàn)狀》的文章交給德國《自然科學》雜志，但尚未刊出，雜志創(chuàng)辦人、猶太物理學家阿諾德博林那被解雇，薛定諤本想撤回文章表示抗議，后經(jīng)博林那本人斡旋，文章仍如期發(fā)表。

沉浸在學術(shù)世界的物理學家再也無法對近在眼前的迫害視而不見。同年5月薛定諤在BBC發(fā)表演講，表示“政治壓迫帶來了恐嚇與刑柱，也向自由可敬的人提供了槍炮與劍”。薛定諤之后一直想和玻爾會面，詢問他如何解釋量子力學“荒謬”之處，但歐洲大陸的形勢讓學術(shù)旅行的希望變得渺茫。薛定諤感到困擾，他希望能夠在相當程度上確定未來五年或者十年的個人狀態(tài)，而非僅憑著概率活著。

1942年，阿諾德博林那在被送往集中營前自殺。薛定諤的貓，最終選擇了一種可怕的確定性。1961年，薛定諤去世，他至死沒有認同“哥本哈根詮釋”。