关于薛(xuē)定谔的(de)猫，这一(yī)思维实验，它的(de)提(tí)出并非简单地为了探究量子(zi)世界的(de)奥秘，更深层次的(de)是，它反映了對(duì)经典物理与量子(zi)物理间冲突的(de)思考。薛(xuē)定谔的(de)猫，在(zài)广泛的(de)科普之(zhī)中(zhōng)，是一(yī)个被反复阐述的(de)主题，这不仅是因(yīn)为它的(de)复杂性，更是因(yīn)为它为我们洞(dòng)察量子(zi)力学的(de)内在(zài)矛盾提(tí)供了一(yī)个有效的(de)切入点！
我们先来了解一(yī)下背景。
爱因(yīn)斯坦与尼尔斯·玻尔，两位现代物理学的(de)奠基者，他们共同为量子(zi)力学的(de)形(xíng)成做出了巨(jù)大(dà)贡献。因(yīn)此，我们理应認(rèn)为这两位物理学大(dà)师對(duì)量子(zi)力学的(de)理解是一(yī)致的(de)，他们之(zhī)间的(de)共識(shí)应当没有争议。
然而，在(zài)第五次和第六次索(suǒ)尔维国际物理会议上，爱因(yīn)斯坦和玻尔却意外地展開(kāi)了一(yī)场激烈的(de)讨论。这并不是一(yī)场拳脚相向的(de)争斗，而是一(yī)场思想的(de)碰撞。
爱因(yīn)斯坦對(duì)玻尔所(suǒ)代表的(de)哥本哈根解释中(zhōng)的(de)量子(zi)力学不确定性原理提(tí)出质疑。爱因(yīn)斯坦認(rèn)为，“不确定性”和“叠加态”并非量子(zi)世界的(de)本质，背后应该存在(zài)某些我们尚未发现的(de)“隐变量”，一(yī)旦找到这些隐藏的(de)变量，就(jiù)可以使用经典的(de)物理规律来理解量子(zi)世界的(de)奇异现象。
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然而玻尔坚持(chí)認(rèn)为，“不确定性”和“叠加态”正是量子(zi)世界的(de)根本特性，这使得两位物理学大(dà)师之(zhī)间的(de)辩论变得更加尖锐。
读者可能困惑(huò)：这和薛(xuē)定谔以及薛(xuē)定谔的(de)猫有什么关系呢？别急，且听我慢慢道(dào)来。
爱因(yīn)斯坦与玻尔的(de)辩论并没有得出一(yī)个确定的(de)结果，雙(shuāng)方都未能说服對(duì)方。爱因(yīn)斯坦對(duì)此并不满意，他与波(bō)多尔斯基和罗森一(yī)起提(tí)出了著名的(de)EPR悖论，其中(zhōng)EPR是三人名字的(de)首字母组合。
EPR悖论到底指什么？其实它还是针對(duì)哥本哈根解释中(zhōng)的(de)不确定性原理。用通俗的(de)语言来解释，不确定性原理指出，我们无法同时精确地測(cè)量一(yī)个微觀(guān)粒子(zi)的(de)位置和速度，位置測(cè)量得越精确，速度的(de)測(cè)量就(jiù)越不准确。速度和位置的(de)不确定性乘积至少要大(dà)于一(yī)个常数，尽管这个常数极小，但它不等(děng)于零(líng)。
爱因(yīn)斯坦和他的(de)同事们認(rèn)为，假设我们把两个纠缠的(de)粒子(zi)A和B分開(kāi)，让它们相隔遥远。然后測(cè)量粒子(zi)A的(de)位置，根据不确定性原理，位置一(yī)旦确定，速度的(de)精确度就(jiù)无从谈起。但是如果我们測(cè)量粒子(zi)B的(de)速度，由于A和B处于纠缠状态，根据動(dòng)量守恒，我们可以推算出A的(de)動(dòng)量，进而知道(dào)其速度。
这似乎意味着我们可以同时确定粒子(zi)A的(de)精确位置和速度，这明显与不确定性原理产生了矛盾。
换一(yī)个更通俗的(de)解释：想象有一(yī)雙(shuāng)手套，分别放(fàng)在(zài)两个密封的(de)箱子(zi)里，我们不知道(dào)哪衹(zhǐ)箱子(zi)里是左手套，哪衹(zhǐ)是右手套。现在(zài)，将这两个箱子(zi)放(fàng)在(zài)相隔一(yī)千光(guāng)年的(de)两端，如果玻尔打開(kāi)其中(zhōng)一(yī)个箱子(zi)，发现是左手套，他立刻就(jiù)能知道(dào)另一(yī)个箱子(zi)里是右手套，这似乎意味着玻尔瞬间获取了相隔一(yī)千光(guāng)年的(de)信息，速度超过了光(guāng)速，这显然是不可能的(de)。
现在(zài)是时候引入薛(xuē)定谔了。
薛(xuē)定谔，作为经典物理学的(de)坚定支持(chí)者，他對(duì)哥本哈根解释的(de)不确定性原理同样表示反感。
薛(xuē)定谔的(de)智慧是举世闻名的(de)，他提(tí)出了著名的(de)薛(xuē)定谔方程，在(zài)量子(zi)物理中(zhōng)的(de)地位相当于牛頓(dùn)定律在(zài)宏觀(guān)物理中(zhōng)的(de)地位，描述的(de)是微觀(guān)粒子(zi)的(de)运動(dòng)规律。但薛(xuē)定谔本人對(duì)于方程中(zhōng)的(de)“波(bō)函数”具体代表什么并不清楚，最终由波(bō)恩提(tí)出了“概率波(bō)”的(de)解释，并因(yīn)此获得了诺贝尔物理学奖。
尽管如此，薛(xuē)定谔對(duì)波(bō)恩的(de)解释并不满意，因(yīn)为波(bō)恩也是哥本哈根学派的(de)成员，他提(tí)出的(de)概率波(bō)诠释本质上还是不确定性，这让薛(xuē)定谔非常恼火。他将EPR悖论重新定义为“量子(zi)纠缠”，这个术语在(zài)当时并不受欢迎，甚至成为了笑柄。
之(zhī)后，薛(xuē)定谔又提(tí)出了著名的(de)薛(xuē)定谔的(de)猫这个思想实验，以此讽刺和质疑哥本哈根学派的(de)“叠加态”。薛(xuē)定谔的(de)思维确实独树一(yī)帜。
薛(xuē)定谔最初设想这个思想实验是为了嘲讽哥本哈根学派，起初也确实达到了目的(de)。然而随着量子(zi)物理的(de)发展，这个思想实验最终成为了推動(dòng)这一(yī)学科发展的(de)動(dòng)力，甚至成为了众所(suǒ)周知的(de)科普知識(shí)。
实验过程简述如下：放(fàng)射性元素的(de)衰变与否会控制一(yī)个開(kāi)关，開(kāi)关决定着毒氣(qì)瓶是否打開(kāi)并释放(fàng)毒氣(qì)。
根据量子(zi)力学的(de)“叠加态”，放(fàng)射性元素一(yī)直处于“衰变与不衰变”的(de)叠加状态，结果导致猫处于“生与死”的(de)叠加状态。要确定这衹(zhǐ)猫的(de)生死，唯有通过觀(guān)測(cè)，而在(zài)觀(guān)測(cè)的(de)瞬间，猫的(de)状态会从叠加态坍(tān)缩为一(yī)个确定状态，要么生，要么死。
显而易见，现实中(zhōng)并不存在(zài)这样的(de)猫，薛(xuē)定谔通过这个思想实验讽刺了哥本哈根学派。
薛(xuē)定谔设计的(de)这个思想实验确实非常巧妙，因(yīn)为在(zài)爱因(yīn)斯坦和玻尔的(de)辩论中(zhōng)，玻尔总是强调量子(zi)世界的(de)诡异现象，例如不确定性和叠加态仅出现在(zài)量子(zi)世界，而不会出现在(zài)宏觀(guān)世界。
而薛(xuē)定谔通过一(yī)个简单的(de)思想实验，成功地将微觀(guān)世界的(de)量子(zi)效应（放(fàng)射性元素的(de)叠加态）与宏觀(guān)世界（那衹(zhǐ)猫）联系起来。这个实验一(yī)度让玻尔也感到困惑(huò)，因(yīn)为如果叠加态真的(de)存在(zài)，那么理论上“既死又活”的(de)猫也是可能的(de)，但这在(zài)现实中(zhōng)显然不可能。
如果叠加态不存在(zài)，那就(jiù)意味着玻尔和哥本哈根学派自己否定了自己。
随着薛(xuē)定谔的(de)猫这个思想实验的(de)深入人心，这衹(zhǐ)猫最终成为了物理学界四大(dà)神兽之(zhī)一(yī)，闻名遐(xiá)迩。现实中(zhōng)很多人将自己的(de)猫命名为“薛(xuē)定谔”，可见其影响力之(zhī)大(dà)。
但物理学界又如何解释薛(xuē)定谔的(de)猫这个思想实验呢？提(tí)出了許(xǔ)多假说。
例如多世界假说，这个假说令人觉得匪夷所(suǒ)思。它認(rèn)为在(zài)我们觀(guān)測(cè)的(de)一(yī)瞬间，世界分裂为两个，其中(zhōng)一(yī)个世界里的(de)猫活着，另一(yī)个世界里的(de)猫死了。如果我们的(de)世界里猫活着，并不意味着死猫不存在(zài)，它衹(zhǐ)是存在(zài)于另一(yī)个世界。
深层含义是，由于我们日常生活中(zhōng)不断觀(guān)測(cè)，意味着世界每时每刻都在(zài)分裂。你的(de)每一(yī)次选择，都会分裂出两个世界。当你做出一(yī)个选择时，你其实放(fàng)弃了其他选择，但并不意味着其他选择没有发生，它们衹(zhǐ)是出现在(zài)了其他世界。
例如，你有两个心仪的(de)對(duì)象，你不得不做出选择，衹(zhǐ)能选其一(yī)。但当你做出选择的(de)时候，实际上分裂出了两个世界，你在(zài)另一(yī)个世界选择了另一(yī)个對(duì)象。
可以看出，多世界假说十分疯狂，也很难通过实验验证，因(yīn)此尚未被大(dà)众接受。
另一(yī)个是“退相乾(gàn)”诠释，也是目前最可靠的(de)诠释之(zhī)一(yī)。所(suǒ)谓“退相乾(gàn)”，简单来说就(jiù)是失去了相乾(gàn)性，也就(jiù)是说不再有量子(zi)力学中(zhōng)的(de)纠缠、叠加态和不确定性。
退相乾(gàn)理论認(rèn)为，薛(xuē)定谔的(de)猫这个思想实验实际上没有意义，因(yīn)为实验開(kāi)始前，放(fàng)射性元素的(de)叠加态就(jiù)已经“退相乾(gàn)”，不再有叠加态。放(fàng)射性元素不可避免地与环境发生作用，就(jiù)相当于一(yī)种“觀(guān)測(cè)”。密封的(de)箱子(zi)不是绝對(duì)真空，即使假设是真空，箱子(zi)内还有開(kāi)关、毒氣(qì)瓶以及猫本身。任何形(xíng)式的(de)觀(guān)測(cè)都会导致叠加态坍(tān)缩成本征态，因(yīn)此猫也可以被视为觀(guān)測(cè)者。
也就(jiù)是说，在(zài)哥本哈根学派看来，叠加态确实存在(zài)，是量子(zi)世界的(de)固有属性，衹(zhǐ)不过这种叠加态很难在(zài)宏觀(guān)世界表现出来。
20世纪60年代，贝尔不等(děng)式的(de)提(tí)出，让爱因(yīn)斯坦与哥本哈根学派之(zhī)间的(de)争论告一(yī)段落，结果是爱因(yīn)斯坦错误，哥本哈根学派胜出。
贝尔不等(děng)式是从爱因(yīn)斯坦的(de)“隐变量理论”推导而来的(de)，简单来说，如果隐变量存在(zài)，量子(zi)纠缠的(de)结果应满足一(yī)定的(de)统计规律，即贝尔不等(děng)式。
也就(jiù)是说，如果贝尔不等(děng)式成立，隐变量存在(zài)，爱因(yīn)斯坦是對(duì)的(de)。如果贝尔不等(děng)式不成立，隐变量不存在(zài)，玻尔为首的(de)哥本哈根学派是對(duì)的(de)。
实验表明，贝尔不等(děng)式确实不成立，因(yīn)此哥本哈根学派取得了胜利，这也是不确定性原理被主流科学界接受的(de)原因(yīn)。
許(xǔ)多实验，如我国的(de)墨子(zi)号量子(zi)卫星，在(zài)2016年实现了相隔1200公里的(de)两个纠缠光(guāng)子(zi)分发，仍保持(chí)纠缠态，证实了量子(zi)纠缠现象的(de)真实性。
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