“薛定谔的猫”，“既死又活”？

著名物理学家薛定(dìng)諤(è)曾构思了一個(gè)著名的(de)思想实騐(yàn)——薛定(dìng)諤(è)的(de)猫。这個(gè)实騐(yàn)的(de)名声之大，甚至有宠物主为他们的(de)猫取名“薛定(dìng)諤(è)”以示敬意。

薛定(dìng)諤(è)提出此实騐(yàn)的(de)初(chū)衷，是为了质疑并讽刺(cì)哥本(běn)哈根(gēn)解释的(de)核(hé)心觀(guān)念——不(bù)确定(dìng)性和叠加态。然而，讓(ràng)薛定(dìng)諤(è)始料未及的(de)是，这個(gè)简单的(de)实騐(yàn)构想，在(zài)日后几十年間(jiān)，推动了量(liàng)子(zi)力学领域的(de)诸多發(fā)展，吸引(yǐn)了大众对这一领域的(de)关注。

讓(ràng)我们一同回顾这個(gè)实騐(yàn)的(de)起源，从两大物理学派系的(de)辩论讲起。

当量(liàng)子(zi)力学刚刚问世(shì)，物理学家们觀(guān)测到了许多奇异现象，如量(liàng)子(zi)纠缠、量(liàng)子(zi)隧穿、量(liàng)子(zi)叠加及不(bù)确定(dìng)性等，这些现象虽然真实存在(zài)，但背后的(de)原理却未为人知。

而对于这些现象背后本(běn)质的(de)探索，物理学家们产生了分歧。以爱因斯坦和薛定(dìng)諤(è)为首的(de)一派，以及以玻尔、海森堡、玻恩等人领衔的(de)另一派，形成了对立的(de)两大阵营。

展开全文

两派为何分歧如此之大？关键在(zài)于对微觀(guān)世(shì)界觀(guān)测的(de)影响。

原子(zi)由原子(zi)核(hé)及核(hé)外电子(zi)构成，但原子(zi)结构与太阳系大相(xiāng)径庭，电子(zi)并非固定(dìng)在(zài)某個(gè)轨道上運(yùn)动。通过实騐(yàn)，我们得知电子(zi)的(de)分布类似于一片(piàn)雲(yún)霧(wù)。然而，我们实际上无法直(zhí)接觀(guān)测到电子(zi)的(de)雲(yún)狀(zhuàng)分布，仅在(zài)测量(liàng)时，电子(zi)才会呈现为一個(gè)点狀(zhuàng)，不(bù)再是雲(yún)霧(wù)狀(zhuàng)。

当物理学家们试图测量(liàng)微觀(guān)粒子(zi)如电子(zi)的(de)運(yùn)动轨迹时，他们發(fā)现电子(zi)的(de)速度和位置(zhì)无法精确确定(dìng)，因为这些属性都是随机的(de)，遵循着一定(dìng)的(de)概率槼(guī)律。

也就是说，电子(zi)的(de)位置(zhì)和速度呈现出概率分布，但具体是哪個(gè)概率分布却是不(bù)确定(dìng)的(de)，因此我们无法得知电子(zi)的(de)确定(dìng)轨迹。

简单来说，尽管物理学家们可(kě)以通过多次测量(liàng)来确定(dìng)电子(zi)的(de)大致轨迹——呈现为一片(piàn)雲(yún)霧(wù)或雲(yún)朵狀(zhuàng)，电子(zi)会在(zài)雲(yún)朵的(de)某处随机出现，但我们无法知道确切的(de)位置(zhì)。只有在(zài)测量(liàng)时，电子(zi)才会呈现出“点”狀(zhuàng)，不(bù)再是雲(yún)霧(wù)或雲(yún)朵狀(zhuàng)。

在(zài)未测量(liàng)时，电子(zi)仿佛无处不(bù)在(zài)，如同波(bō)动；而一旦测量(liàng)，它便会随机出现在(zài)某一位置(zhì)，呈现出粒子(zi)的(de)特性。

对于这種(zhǒng)现象，物理学家们如何解释呢？

玻尔作为哥本(běn)哈根(gēn)学派的(de)代表，认为微觀(guān)粒子(zi)会同时存在(zài)于雲(yún)霧(wù)的(de)各個(gè)位置(zhì)，测量(liàng)时粒子(zi)会随机选择一個(gè)位置(zhì)出现，这就是所谓的(de)不(bù)确定(dìng)性。

然而，这種(zhǒng)解释似乎违背了日常经騐(yàn)，毕竟我们从未见过一個(gè)物体能同时存在(zài)于两個(gè)地方，除非它具备分身术。

爱因斯坦则认为，电子(zi)作为粒子(zi)，不(bù)可(kě)能同时存在(zài)于多個(gè)位置(zhì)，不(bù)论是在(zài)测量(liàng)前还是测量(liàng)后，电子(zi)始终处于一個(gè)确定(dìng)的(de)位置(zhì)，只是我们不(bù)知道电子(zi)会出现在(zài)哪里。

艾佛雷的(de)解释则更异想天开：电子(zi)在(zài)不(bù)同位置(zhì)出现是同时存在(zài)于多個(gè)平行宇宙中(zhōng)的(de)结果，我们觀(guān)测到的(de)结果是所有平行宇宙的(de)综合效果，形成了电子(zi)雲(yún)的(de)形狀(zhuàng)。

除了这些，还有其他多種(zhǒng)解释。

这些争论最终催生了薛定(dìng)諤(è)的(de)猫这一思想实騐(yàn)。简单来说，实騐(yàn)涉及放射性元素的(de)衰变与猫的(de)生死(sǐ)关联。如果放射性元素衰变，猫便会中(zhōng)毒死(sǐ)亡；否则，猫便不(bù)会死(sǐ)。

放射性元素是否衰变受到量(liàng)子(zi)力学槼(guī)律的(de)制约，因此，猫的(de)生死(sǐ)实际上由量(liàng)子(zi)力学槼(guī)律所决定(dìng)。薛定(dìng)諤(è)的(de)猫实騐(yàn)将微觀(guān)世(shì)界的(de)抽象概念与现实中(zhōng)的(de)猫的(de)生死(sǐ)直(zhí)接联系起来，展示了微觀(guān)世(shì)界的(de)不(bù)确定(dìng)性和叠加态。

根(gēn)据量(liàng)子(zi)力学的(de)不(bù)确定(dìng)性原理，放射性元素处于“衰变与不(bù)衰变”的(de)叠加狀(zhuàng)态，这导致猫处于“既死(sǐ)又活”的(de)狀(zhuàng)态，仿佛变成了一只“量(liàng)子(zi)猫”。然而，现实中(zhōng)的(de)猫只可(kě)能处于生或死(sǐ)两種(zhǒng)狀(zhuàng)态，没有第三種(zhǒng)可(kě)能。

“既死(sǐ)又活”的(de)猫显然是一個(gè)荒谬的(de)结论，而薛定(dìng)諤(è)最初(chū)的(de)目的(de)，正是通过这個(gè)荒谬的(de)实騐(yàn)来嘲讽哥本(běn)哈根(gēn)解释，进而否定(dìng)不(bù)确定(dìng)性和叠加态。

哥本(běn)哈根(gēn)解释认为，不(bù)确定(dìng)性和叠加态是量(liàng)子(zi)世(shì)界的(de)基本(běn)属性。测量(liàng)会导致微觀(guān)粒子(zi)从波(bō)动狀(zhuàng)态“波(bō)函数坍縮(suō)”到一個(gè)确定(dìng)的(de)狀(zhuàng)态。至于为什么会發(fā)生“波(bō)函数坍縮(suō)”，哥本(běn)哈根(gēn)学派并没有给出确切的(de)答案，他们只是觀(guān)测到了这種(zhǒng)现象确实存在(zài)。

这里涉及到一個(gè)看似简单但实际上复杂的(de)概念——“测量(liàng)”。

究竟什么是“测量(liàng)”？是指人类眼睛的(de)觀(guān)察，还是借(jiè)助仪器的(de)觀(guān)察，或是其他生命体的(de)觀(guān)察？

如果仅指人类眼睛的(de)觀(guān)察，量(liàng)子(zi)力学是否与人类的(de)自由意识有关？这方面的(de)深入探讨可(kě)能超出科学范畴，进入哲学领域。网上也出现了许多与意识相(xiāng)关的(de)“地摊文学”。

实际上，量(liàng)子(zi)力学中(zhōng)的(de)“测量(liàng)导致波(bō)函数坍縮(suō)”与人类意识并无直(zhí)接关系。

那么，如何解释薛定(dìng)諤(è)的(de)猫实騐(yàn)中(zhōng)，微觀(guān)效应直(zhí)接作用于宏觀(guān)的(de)猫身上，如何解释这只“既死(sǐ)又活”的(de)猫？

目前主要有两種(zhǒng)解释：多世(shì)界诠释和退相(xiāng)干诠释。

多世(shì)界诠释，即平行宇宙理论，在(zài)觀(guān)测的(de)一瞬間(jiān)，宇宙分裂为两個(gè)，在(zài)平行宇宙中(zhōng)，活猫和死(sǐ)猫同时存在(zài)。

多世(shì)界诠释颠覆了人们的(de)世(shì)界觀(guān)，过于疯狂，难以讓(ràng)人接受。

相(xiāng)对而言，退相(xiāng)干诠释较为易于接受。退相(xiāng)干指一個(gè)系统在(zài)与环境相(xiāng)互作用中(zhōng)逐渐失去量(liàng)子(zi)相(xiāng)干性的(de)过程。任何量(liàng)子(zi)系统都无法避免与环境的(de)相(xiāng)互作用，从而失去量(liàng)子(zi)效应，如量(liàng)子(zi)纠缠、叠加态等。

在(zài)薛定(dìng)諤(è)的(de)猫实騐(yàn)中(zhōng)，实际上，整個(gè)系统所处的(de)环境早已与某些东西發(fā)生相(xiāng)互作用，因为觀(guān)测意味着相(xiāng)互作用。整個(gè)系统无法完全隔绝。

即使系统与外部环境完全隔绝，系统内部的(de)锤子(zi)、瓶子(zi)，甚至是猫，都会与放射性元素發(fā)生作用，使整個(gè)系统的(de)量(liàng)子(zi)相(xiāng)干性逐渐消失。

而哥本(běn)哈根(gēn)解释的(de)核(hé)心实际上是波(bō)粒二象性，任何微觀(guān)粒子(zi)都具有波(bō)粒二象性。在(zài)未觀(guān)测时，粒子(zi)呈现波(bō)动狀(zhuàng)态，而一旦实施觀(guān)测，便会發(fā)生“波(bō)函数坍縮(suō)”，转变成确定(dìng)的(de)粒子(zi)狀(zhuàng)态。

来自：宇宙怪谈