著名物(wù)理学家薛定諤(è)曾构思了一(yī)个著名的(de)思想实騐(yàn)——薛定諤(è)的(de)貓(māo)。这个实騐(yàn)的(de)名声之大，甚至有(yǒu)宠物(wù)主为他们的(de)貓(māo)取名“薛定諤(è)”以示敬意。
薛定諤(è)提出此实騐(yàn)的(de)初衷，是为了质疑(yí)并讽刺哥本哈根解释的(de)核心觀(guān)念——不确定性(xìng)和叠加态。然而(ér)，让薛定諤(è)始料未(wèi)及的(de)是，这个简单的(de)实騐(yàn)构想，在(zài)日后几十年间，推动了量(liàng)子(zi)力学领域的(de)诸多发展，吸引了大众对这一(yī)领域的(de)关注。
让我们一(yī)同回顾这个实騐(yàn)的(de)起源，从兩(liǎng)大物(wù)理学派系的(de)辩论讲起！
当量(liàng)子(zi)力学刚刚问世，物(wù)理学家们觀(guān)測(cè)到(dào)了许多奇异现象，如量(liàng)子(zi)纠缠、量(liàng)子(zi)隧穿、量(liàng)子(zi)叠加及不确定性(xìng)等，这些现象虽然真实存在(zài)，但背后的(de)原理却未(wèi)为人知(zhī)。
而(ér)对于这些现象背后本质的(de)探索，物(wù)理学家们产生了分歧。以爱因斯坦和薛定諤(è)为首的(de)一(yī)派，以及以玻尔、海森堡、玻恩等人领衔的(de)另一(yī)派，形成了对立的(de)兩(liǎng)大阵营。
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兩(liǎng)派为何分歧如此之大？关键在(zài)于对微觀(guān)世界觀(guān)測(cè)的(de)影响。
原子(zi)由原子(zi)核及核外电子(zi)构成，但原子(zi)结构与太阳系大相径庭，电子(zi)并非固定在(zài)某个轨道上(shàng)运动。通过实騐(yàn)，我们得知(zhī)电子(zi)的(de)分布类似于一(yī)片云雾。然而(ér)，我们实际上(shàng)无法(fǎ)直接觀(guān)測(cè)到(dào)电子(zi)的(de)云状分布，僅(jǐn)在(zài)測(cè)量(liàng)时，电子(zi)才會(huì)呈现为一(yī)个点状，不再是云雾状。
当物(wù)理学家们试图測(cè)量(liàng)微觀(guān)粒(lì)子(zi)如电子(zi)的(de)运动轨迹时，他们发现电子(zi)的(de)速度和位置无法(fǎ)精确确定，因为这些属性(xìng)都(dōu)是随机的(de)，遵(zūn)循着一(yī)定的(de)概(gài)率规律。
也就是说，电子(zi)的(de)位置和速度呈现出概(gài)率分布，但具体是哪个概(gài)率分布却是不确定的(de)，因此我们无法(fǎ)得知(zhī)电子(zi)的(de)确定轨迹。
简单来说，尽管物(wù)理学家们可以通过多次測(cè)量(liàng)来确定电子(zi)的(de)大致轨迹——呈现为一(yī)片云雾或云朵状，电子(zi)會(huì)在(zài)云朵的(de)某处随机出现，但我们无法(fǎ)知(zhī)道确切的(de)位置。只有(yǒu)在(zài)測(cè)量(liàng)时，电子(zi)才會(huì)呈现出“点”状，不再是云雾或云朵状。
在(zài)未(wèi)測(cè)量(liàng)时，电子(zi)倣(fǎng)佛无处不在(zài)，如同波动；而(ér)一(yī)旦測(cè)量(liàng)，它便會(huì)随机出现在(zài)某一(yī)位置，呈现出粒(lì)子(zi)的(de)特性(xìng)。
对于这种现象，物(wù)理学家们如何解释呢？
玻尔作为哥本哈根学派的(de)代表，认为微觀(guān)粒(lì)子(zi)會(huì)同时存在(zài)于云雾的(de)各个位置，測(cè)量(liàng)时粒(lì)子(zi)會(huì)随机选择一(yī)个位置出现，这就是所谓的(de)不确定性(xìng)。
然而(ér)，这种解释似乎违背了日常经騐(yàn)，毕竟我们从未(wèi)见过一(yī)个物(wù)体能同时存在(zài)于兩(liǎng)个地方，除非它具备分身术。
爱因斯坦则认为，电子(zi)作为粒(lì)子(zi)，不可能同时存在(zài)于多个位置，不论是在(zài)測(cè)量(liàng)前还是測(cè)量(liàng)后，电子(zi)始终处于一(yī)个确定的(de)位置，只是我们不知(zhī)道电子(zi)會(huì)出现在(zài)哪里。
艾佛雷的(de)解释则更异想天开：电子(zi)在(zài)不同位置出现是同时存在(zài)于多个平行宇(yǔ)宙(zhòu)中的(de)结果，我们觀(guān)測(cè)到(dào)的(de)结果是所有(yǒu)平行宇(yǔ)宙(zhòu)的(de)综合效果，形成了电子(zi)云的(de)形状。
除了这些，还有(yǒu)其他多种解释。
这些争论最终催生了薛定諤(è)的(de)貓(māo)这一(yī)思想实騐(yàn)。简单来说，实騐(yàn)涉及放射性(xìng)元(yuán)素的(de)衰变与貓(māo)的(de)生死关联。如果放射性(xìng)元(yuán)素衰变，貓(māo)便會(huì)中毒死亡；否则，貓(māo)便不會(huì)死。
放射性(xìng)元(yuán)素是否衰变受到(dào)量(liàng)子(zi)力学规律的(de)制约，因此，貓(māo)的(de)生死实际上(shàng)由量(liàng)子(zi)力学规律所决定。薛定諤(è)的(de)貓(māo)实騐(yàn)将微觀(guān)世界的(de)抽象概(gài)念与现实中的(de)貓(māo)的(de)生死直接联系起来，展示了微觀(guān)世界的(de)不确定性(xìng)和叠加态。
根据量(liàng)子(zi)力学的(de)不确定性(xìng)原理，放射性(xìng)元(yuán)素处于“衰变与不衰变”的(de)叠加状态，这导致貓(māo)处于“既死又活”的(de)状态，倣(fǎng)佛变成了一(yī)只“量(liàng)子(zi)貓(māo)”。然而(ér)，现实中的(de)貓(māo)只可能处于生或死兩(liǎng)种状态，没有(yǒu)第三种可能。
“既死又活”的(de)貓(māo)显然是一(yī)个荒谬的(de)结论，而(ér)薛定諤(è)最初的(de)目的(de)，正是通过这个荒谬的(de)实騐(yàn)来嘲讽哥本哈根解释，进而(ér)否定不确定性(xìng)和叠加态。
哥本哈根解释认为，不确定性(xìng)和叠加态是量(liàng)子(zi)世界的(de)基本属性(xìng)。測(cè)量(liàng)會(huì)导致微觀(guān)粒(lì)子(zi)从波动状态“波函数坍缩”到(dào)一(yī)个确定的(de)状态。至于为什么會(huì)发生“波函数坍缩”，哥本哈根学派并没有(yǒu)给出确切的(de)答案，他们只是觀(guān)測(cè)到(dào)了这种现象确实存在(zài)。
这里涉及到(dào)一(yī)个看似简单但实际上(shàng)复杂的(de)概(gài)念——“測(cè)量(liàng)”。
究竟什么是“測(cè)量(liàng)”？是指人类眼睛的(de)觀(guān)察，还是借助仪器的(de)觀(guān)察，或是其他生命体的(de)觀(guān)察？
如果僅(jǐn)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(yǒu)关？这方面的(de)深入探讨可能超(chāo)出科学范畴，进入哲学领域。网上(shàng)也出现了许多与意识相关的(de)“地摊文(wén)学”。
实际上(shàng)，量(liàng)子(zi)力学中的(de)“測(cè)量(liàng)导致波函数坍缩”与人类意识并无直接关系。
那么，如何解释薛定諤(è)的(de)貓(māo)实騐(yàn)中，微觀(guān)效应直接作用于宏觀(guān)的(de)貓(māo)身上(shàng)，如何解释这只“既死又活”的(de)貓(māo)？
目前主要有(yǒu)兩(liǎng)种解释：多世界诠释和退相干诠释。
多世界诠释，即平行宇(yǔ)宙(zhòu)理论，在(zài)觀(guān)測(cè)的(de)一(yī)瞬间，宇(yǔ)宙(zhòu)分裂为兩(liǎng)个，在(zài)平行宇(yǔ)宙(zhòu)中，活貓(māo)和死貓(māo)同时存在(zài)。
多世界诠释颠覆了人们的(de)世界觀(guān)，过于疯狂，难以让人接受。
相对而(ér)言，退相干诠释较为易于接受。退相干指一(yī)个系统在(zài)与环境相互作用中逐渐失去量(liàng)子(zi)相干性(xìng)的(de)过程。任何量(liàng)子(zi)系统都(dōu)无法(fǎ)避免与环境的(de)相互作用，从而(ér)失去量(liàng)子(zi)效应，如量(liàng)子(zi)纠缠、叠加态等。
在(zài)薛定諤(è)的(de)貓(māo)实騐(yàn)中，实际上(shàng)，整个系统所处的(de)环境早已与某些东西发生相互作用，因为觀(guān)測(cè)意味着相互作用。整个系统无法(fǎ)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)，甚至是貓(māo)，都(dōu)會(huì)与放射性(xìng)元(yuán)素发生作用，使整个系统的(de)量(liàng)子(zi)相干性(xìng)逐渐消失。
而(ér)哥本哈根解释的(de)核心实际上(shàng)是波粒(lì)二象性(xìng)，任何微觀(guān)粒(lì)子(zi)都(dōu)具有(yǒu)波粒(lì)二象性(xìng)。在(zài)未(wèi)觀(guān)測(cè)时，粒(lì)子(zi)呈现波动状态，而(ér)一(yī)旦实施觀(guān)測(cè)，便會(huì)发生“波函数坍缩”，转变成确定的(de)粒(lì)子(zi)状态。
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