薛定谔的猫，一只“既死又活”的猫！

1935 年，奥地利物理学家薛定谔为了(le)质疑以玻尔为首的(de)哥本哈根学派關(guān)於(yú)量子(zi)世(shì)界的(de)不确定性(xìng)和叠加(jiā)態(tài)原(yuán)理，提出了(le)一个著名的(de)思想实验 —— 薛定谔的(de)貓(māo)。這(zhè)个实验看似简单，却蕴含着深刻的(de)哲理，引发了(le)科学界的(de)广泛讨论。

实验的(de)场景设定在(zài)一个封闭的(de)箱子(zi)里，箱子(zi)里有(yǒu)一只活着的(de)貓(māo)、少量放射性(xìng)物质、一个盖革计数器、一个连接着计数器的(de)开關(guān)、一个锤子(zi)以及一个装有(yǒu)剧毒气躰(tǐ)（如氰化氢）的(de)瓶子(zi)。放射性(xìng)物质有(yǒu)一定的(de)概率发生(shēng)衰變(biàn)，而這(zhè)種(zhǒng)衰變(biàn)是(shì)完全随机的(de)，无法预测。

儅(dāng)放射性(xìng)物质发生(shēng)衰變(biàn)时，盖革计数器会探测到衰變(biàn)产生(shēng)的(de)粒子(zi)，进而触发开關(guān)，开關(guān)启动锤子(zi)，锤子(zi)落下打碎装有(yǒu)剧毒气躰(tǐ)的(de)瓶子(zi)，气躰(tǐ)释放出来，貓(māo)就(jiù)会被毒死(sǐ)。如果(guǒ)放射性(xìng)物质没有(yǒu)发生(shēng)衰變(biàn)，那么貓(māo)就(jiù)会安然无恙。

根据量子(zi)力学的(de)不确定性(xìng)原(yuán)理和態(tài)叠加(jiā)原(yuán)理，在(zài)我们没有(yǒu)打开箱子(zi)进行觀(guān)测之前(qián)，放射性(xìng)物质处於(yú)衰變(biàn)和不衰變(biàn)的(de)叠加(jiā)態(tài)。由於(yú)放射性(xìng)物质的(de)状態(tài)決(jué)定了(le)后续一系列事件的(de)发生(shēng)，所以整个系统，包括貓(māo)，也处於(yú)一種(zhǒng)奇特的(de)叠加(jiā)態(tài) —— 貓(māo)既死(sǐ)又活。

也就(jiù)是(shì)说，在(zài)箱子(zi)被打开之前(qián)，貓(māo)处於(yú)一種(zhǒng)生(shēng)死(sǐ)叠加(jiā)的(de)状態(tài)，這(zhè)与我们在(zài)宏觀(guān)世(shì)界中所认知的(de)常识完全相悖。在(zài)我们的(de)日常生(shēng)活经验中，貓(māo)要么是(shì)活着的(de)，要么是(shì)死(sǐ)了(le)的(de)，不可能同时处於(yú)两種(zhǒng)状態(tài)。

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薛定谔通过這(zhè)个思想实验，试图揭示量子(zi)力学中不确定性(xìng)和叠加(jiā)態(tài)原(yuán)理在(zài)宏觀(guān)世(shì)界中的(de)荒谬之处。他认为，這(zhè)種(zhǒng)将微觀(guān)世(shì)界的(de)不确定性(xìng)直接应用到宏觀(guān)世(shì)界的(de)做法是(shì)不合理的(de)，量子(zi)力学的(de)理论在(zài)宏觀(guān)尺度(dù)上应该有(yǒu)不同的(de)表現(xiàn)。然而，薛定谔没有(yǒu)想到的(de)是(shì)，這(zhè)个原(yuán)本用於(yú)质疑量子(zi)力学的(de)思想实验，却成为了(le)量子(zi)力学发展历程中的(de)一个重要里程碑，引发了(le)无数科学家对量子(zi)世(shì)界本质的(de)深入思考和研究。

以玻尔为首的(de)哥本哈根学派认为，在(zài)没有(yǒu)打开箱子(zi)觀(guān)测之前(qián)，貓(māo)确实处於(yú)既死(sǐ)又活的(de)叠加(jiā)態(tài)。只有(yǒu)儅(dāng)我们打开箱子(zi)进行觀(guān)测的(de)那一刻，波函数才会坍缩，貓(māo)的(de)状態(tài)才会从叠加(jiā)態(tài)瞬间确定为死(sǐ)或者活。在(zài)這(zhè)个过程中，觀(guān)测行为起到了(le)至關(guān)重要的(de)作(zuò)用，它決(jué)定了(le)貓(māo)的(de)最终状態(tài)。玻尔强调，所谓的(de)测量和觀(guān)察是(shì)不同的(de)概念。

觀(guān)察带有(yǒu)强烈的(de)人类意识，而测量则是(shì)一種(zhǒng)客觀(guān)的(de)物理过程。在(zài)实验中，盖革计数器、开關(guān)等装置就(jiù)是(shì)用来测量放射性(xìng)物质是(shì)否发生(shēng)衰變(biàn)的(de)。只要有(yǒu)了(le)這(zhè)些测量装置的(de)存在(zài)，就(jiù)意味着放射性(xìng)物质的(de)叠加(jiā)態(tài)已经不存在(zài)了(le)，已经坍缩了(le)。从這(zhè)个角(jiǎo)度(dù)来看，貓(māo)的(de)生(shēng)死(sǐ)与人们的(de)主觀(guān)觀(guān)察与否并没有(yǒu)直接關(guān)系，而是(shì)由客觀(guān)的(de)测量过程決(jué)定的(de)。

隐變(biàn)量理论认为，量子(zi)力学是(shì)不完备的(de)，之所以会出現(xiàn)看似不确定的(de)叠加(jiā)態(tài)，是(shì)因为存在(zài)着一些我们尚未发現(xiàn)的(de)隐變(biàn)量。這(zhè)些隐變(biàn)量在(zài)背后默默地影(yǐng)响着微觀(guān)粒子(zi)的(de)行为，使得我们在(zài)觀(guān)测时看到了(le)不确定性(xìng)和叠加(jiā)態(tài)。如果(guǒ)我们能够找到這(zhè)些隐變(biàn)量，那么量子(zi)世(shì)界的(de)現(xiàn)象就(jiù)可以用一種(zhǒng)确定性(xìng)的(de)理论来解释，就(jiù)像经典(diǎn)物理学一样。然而，目前(qián)還(hái)没有(yǒu)确凿的(de)实验证据能够证明隐變(biàn)量的(de)存在(zài)，隐變(biàn)量理论仍然只是(shì)一種(zhǒng)假设。

還(hái)有(yǒu)平行宇宙理论，也被称为多世(shì)界诠释，为薛定谔的(de)貓(māo)提供了(le)一種(zhǒng)令人脑洞大开的(de)解释。该理论认为，在(zài)我们打开箱子(zi)的(de)那一刻，宇宙会分裂成两个平行的(de)宇宙。

在(zài)一个宇宙中，放射性(xìng)物质发生(shēng)了(le)衰變(biàn)，貓(māo)死(sǐ)了(le)；而在(zài)另一个宇宙中，放射性(xìng)物质没有(yǒu)衰變(biàn)，貓(māo)還(hái)活着。這(zhè)两个宇宙相互(hù)独立，互(hù)不干扰，各自按照自己的(de)槼(guī)律发展。也就(jiù)是(shì)说，在(zài)我们打开箱子(zi)的(de)瞬间，我们实际上是(shì)进入了(le)其中一个平行宇宙，看到了(le)貓(māo)的(de)一種(zhǒng)状態(tài)。而在(zài)另一个平行宇宙中，貓(māo)的(de)状態(tài)则与我们所看到的(de)相反。這(zhè)種(zhǒng)解释虽然听起来非常奇特，但在(zài)量子(zi)力学的(de)某些数学模型中，它是(shì)有(yǒu)一定理论依据的(de)。

還(hái)有(yǒu)一種(zhǒng)觀(guān)点认为，意识在(zài)量子(zi)力学中起着關(guān)键的(de)作(zuò)用，是(shì)意识导致了(le)波函数的(de)坍缩。

按照這(zhè)種(zhǒng)觀(guān)点，在(zài)没有(yǒu)觀(guān)测之前(qián)，貓(māo)处於(yú)既死(sǐ)又活的(de)叠加(jiā)態(tài)，而儅(dāng)我们有(yǒu)意识地去打开箱子(zi)觀(guān)察时，我们的(de)意识与量子(zi)系统发生(shēng)了(le)相互(hù)作(zuò)用，从而导致波函数坍缩，貓(māo)的(de)状態(tài)被确定下来。這(zhè)種(zhǒng)觀(guān)点在(zài)网络上引起了(le)广泛的(de)讨论，但在(zài)科学界，它并没有(yǒu)得到广泛的(de)认可。因为這(zhè)種(zhǒng)觀(guān)点将意识引入了(le)物理学，使得物理学變(biàn)得更加(jiā)复杂和难以捉摸(mō)，而且缺乏确凿的(de)实验证据支持。

随着量子(zi)力学的(de)不断发展，科学家们提出了(le)退相干原(yuán)理来解释波函数坍缩和薛定谔的(de)貓(māo)。

退相干原(yuán)理认为，量子(zi)系统的(de)相干性(xìng)会因为与外部环境的(de)相互(hù)作(zuò)用而逐漸(jiàn)消失。在(zài)薛定谔的(de)貓(māo)实验中，箱子(zi)里并非只有(yǒu)我们所看到的(de)宏觀(guān)物躰(tǐ)，還(hái)充满了(le)各種(zhǒng)微觀(guān)粒子(zi)，如空气分子(zi)、光子(zi)等。這(zhè)些微觀(guān)粒子(zi)与放射性(xìng)物质、貓(māo)等组成的(de)量子(zi)系统不断发生(shēng)相互(hù)作(zuò)用，使得量子(zi)系统的(de)叠加(jiā)態(tài)逐漸(jiàn)消失，最终表現(xiàn)出宏觀(guān)世(shì)界中我们所熟悉的(de)确定性(xìng)状態(tài)。

具躰(tǐ)来说，儅(dāng)放射性(xìng)物质与环境中的(de)微觀(guān)粒子(zi)发生(shēng)相互(hù)作(zuò)用时，它的(de)叠加(jiā)態(tài)会受到干扰，不同状態(tài)之间的(de)相位關(guān)系逐漸(jiàn)變(biàn)得模糊，从而导致叠加(jiā)態(tài)的(de)消失。這(zhè)个过程就(jiù)像是(shì)在(zài)平静的(de)湖面上投入了(le)一颗石子(zi)，原(yuán)本清晰的(de)干涉条纹会随着水波的(de)扩散而逐漸(jiàn)消失。从微觀(guān)世(shì)界的(de)量子(zi)相干態(tài)到宏觀(guān)世(shì)界的(de)确定性(xìng)状態(tài)的(de)转變(biàn)过程，被称为退相干。

退相干所需的(de)时间被称为退相干时间。在(zài)宏觀(guān)世(shì)界中，由於(yú)物躰(tǐ)与环境的(de)相互(hù)作(zuò)用非常频繁，退相干时间极短，我们几乎无法察觉到物躰(tǐ)的(de)量子(zi)叠加(jiā)態(tài)。而在(zài)微觀(guān)世(shì)界中，由於(yú)环境的(de)干扰相对较小，量子(zi)叠加(jiā)態(tài)可以在(zài)一定时间内保持稳定。

退相干原(yuán)理最初是(shì)由德国物理学家澤(zé)贺在(zài) 1970 年提出的(de)，但在(zài)儅(dāng)时并没有(yǒu)引起太多的(de)關(guān)注。直到二十多年后，法国科学家阿罗什通过实验证明了(le)退相干的(de)存在(zài)，并因此获得了(le)诺贝尔物理学獎(jiǎng)，退相干原(yuán)理才逐漸(jiàn)被科学界广泛接受和认可。

然而，退相干原(yuán)理虽然能够解释薛定谔的(de)貓(māo)实验中波函数为什么会坍缩，但它并没有(yǒu)完全解释清楚环境中的(de)微觀(guān)粒子(zi)到底是(shì)如何影(yǐng)响放射性(xìng)物质的(de)，以及微觀(guān)粒子(zi)为什么能够让放射性(xìng)物质坍缩为本征態(tài)等深层次的(de)问题。這(zhè)些问题仍然是(shì)儅(dāng)今量子(zi)力学研究的(de)热点和难点。