通俗的解释一下“蔡定谔的猫”

应该是薛定谔的猫(Schr?dinger's cat),是关于量子理论的一个理想实验。

尽管量子论的诞生已经过了一个世纪，其辉煌鼎盛与繁荣也过了半个世纪。但是量子理论曾经引起的困惑至今仍困惑着人们。正如玻尔的名言：“谁要是第一次听到量子理论时没有感到困惑，那他一定没听懂。”薛定谔的猫是诸多量子困惑中有代表性的一个。这个猫十分可怜，她（假设这是一只雌性的猫，以引起更多怜悯）被封在一个密室里，密室里有食物有毒药。毒药瓶上有一个锤子，锤子由一个电子开关控制，电子开关由放射性原子控制。如果原子核衰变，则放出阿尔法粒子，触动电子开关，锤子落下，砸碎毒药瓶，释放出里面的氰化物气体，雌猫必死无疑。这个残忍的装置由薛定谔所设计，所以雌猫便叫做薛定谔猫。原子核的衰变是随机事件，物理学家所能精确知道的只是半衰期——衰变一半所需要的时间。如果一种放射性元素的半衰期是一天，则过一天，该元素就少了一半，再过一天，就少了剩下的一半。但是，物理学家却无法知道，它在什么时候衰变，上午，还是下午。当然，物理学家知道它在上午或下午衰变的几率——也就是雌猫在上午或者下午死亡的几率。如果我们不揭开密室的盖子，根据我们在日常生活中的经验，可以认定，雌猫或者死，或者活。这是她的两种本征态。但是，如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫，则只能说，她处于一种活与不活的叠加态。我们只有在揭开盖子的一瞬间，才能确切地知道雌猫是死是活。此时，猫的波函数由叠加态立即收缩到某一个本征态。量子理论认为：如果没有揭开盖子，进行观察，我们永远也不知道雌猫是死是活，她将永远到处于半死不活的叠加态。这与我们的日常经验严重相违，要么死，要么活，怎么可能不死不活，半死半活？

薛定谔挖苦说：按照量子力学的解释，箱中之猫处于“死－活叠加态”——既死了又活着！要等到打开箱子看猫一眼才决定其生死。（请注意！不是发现而是决定，仅仅看一眼就足以致命！）正像哈姆雷特王子所说：“是死，还是活，这可真是一个问题。”只有当你打开盒子的时候，迭加态突然结束（在数学术语就是“坍缩（collapse）”），哈姆雷特王子的犹豫才终于结束，我们知道了猫的确定态：死，或者活。哥本哈根的几率诠释的优点是：只出现一个结果，这与我们观测到的结果相符合。但是有一个大的问题：它要求波函数突然坍缩。但物理学中没有一个公式能够描述这种坍缩。尽管如此，长期以来物理学家们出于实用主义的考虑，还是接受了哥本哈根的诠释。付出的代价是：违反了薛定谔方程。这就难怪薛定谔一直耿耿于怀了。

哥本哈根诠释在很长的一段时间成了“正统的”、“标准的”诠释。但那只不死不活的猫却总是像恶梦一样让物理学家们不得安宁。格利宾在《寻找薛定谔的猫》中想告诉我们的是，哥本哈根诠释在哪儿失败，以及用什么诠释可以替代它。

1957年，埃弗雷特提出的“多世界诠释”似乎为人们带来了福音，虽然由于它太离奇开始没有人认真对待。格利宾认为，多世界诠释有许多优点，由此它可以代替哥本哈根诠释。我们下面简单介绍一下埃弗雷特的多世界诠释。

格利宾在书中写道：“埃弗雷特……指出两只猫都是真实的。有一只活猫，有一只死猫，但它们位于不同的世界中。问题并不在于盒子中的放射性原子是否衰变，而在于它既衰变又不衰变。当我们向盒子里看时，整个世界分裂成它自己的两个版本。这两个版本在其余的各个方面都是全同的。唯一的区别在于其中一个版本中，原子衰变了，猫死了；而在另一个版本中，原子没有衰变，猫还活着。”

也就是说，上面说的“原子衰变了，猫死了；原子没有衰变，猫还活着”这两个世界将完全相互独立地演变下去，就像两个平行的世界一样。格利宾显然十分赞赏这一诠释，所以他接着说：“这听起来就像科幻小说，然而……它是基于无懈可击的数学方程，基于量子力学朴实的、自洽的、符合逻辑的结果。”“在量子的多世界中，我们通过参与而选择出自己的道路。在我们生活的这个世界上，没有隐变量，上帝不会掷骰子，一切都是真实的。”按格利宾所说，爱因斯坦如果还活着，他也许会同意并大大地赞扬这一个“没有隐变量，上帝不会掷骰子”的理论。

这个诠释的优点是：薛定谔方程始终成立，波函数从不坍缩，由此它简化了基本理论。它的问题是：设想过于离奇，付出的代价是这些平行的世界全都是同样真实的。这就难怪有人说：“在科学史上，多世界诠释无疑是目前所提出的最大胆、最野心勃勃的理论。”

「薛定谔的猫」是薛定谔设计的一个思想实验，目的是对「人类意识具有特殊的独特地位」说法进行的嘲讽。划重点，嘲讽，或者说反讽。它的意思是：如果哥本哈根派物理学家们认为人类意识具有特殊地位，那么按照薛定谔的实验操作，就会制造一只即死又活的猫，而即死又活的猫显然是荒谬的。从而，薛定谔暗示，人类意识决定波函数坍缩，这个观点是荒谬的，爱因斯坦也这么认为。--以上用通俗的语言，介绍了薛定谔的猫的来历。下面来说说详细情况。在量子物理中，认为微观粒子本身处于波函数定义的所有状态的叠加态，只有当对该微观粒子的具体状态进行测量时，波函数才坍缩到某个特定的值，你才能知道该粒子究竟处于什么状态。有关「观测导致波函数坍缩」这一点，虽然有争议，但基本上还算是主流观点，有异议的是「什么叫做观测」。A：一种学派认为，只有触发了人类的意识，才被视为观测，而仪器的测量不视为观测，阿猫阿狗的意识也不视为观测。B：另外一种学派认为，任何形式的有效测量均视为观测，此测量并不要求人类的意识介入。当然，其实还有其它理论，有关量子物理解释的理论至少能从A排列到M，不过与该话题最相关的理论就是以上所说的两个。按照学派 A 的观点，叠加态将在观测仪器之间传递，直到最终被人类意识观测到为止。换句话说，在A观点中，假定某个粒子存在 0，1 两种状态，但在波函数坍缩之前它处于所有状态的叠加。使用某个电子仪器观测粒子的状态不会导致波函数坍缩，而是导致该电子仪器进入观测到 0 与 1 的叠加态，如果该电子仪器将观测的结果打印到打印纸上，则这张打印纸也会呈现打印 0 以及打印 1 的叠加态，这张纸片在被具有意识的人类（死人显然不算）看见的那一瞬间，坍缩到某个特定的状态（打印0或者打印1）。——因此，按照A学派观点，薛定谔制造的一系列仪器，将最终测量结果传递给猫，整套仪器对结果进行了测量因而全进入了叠加态，没有人类意识的介入之前都不会导致波函数坍缩，所以整套仪器，包括最终的猫的死活，都会进入叠加状态，直到被人类意识看见为止，在人类看见的那一瞬间，猫在此之前的命运才被决定。按照学派 B 的观点，结果就完全不同，因为有效的测量均会导致波函数坍缩，而实验中的盖革计数器就是一种有效的测量。因此，即便没有人类，用仪器去测量时微观粒子的波函数也依然会产生坍缩，仪器本身不会处于叠加态而是准确的记录了测量结果，最终传递给猫的「有毒药没毒药」这个信息也同样不会处于叠加态，这只猫显然也并不会处于生死叠加态，在最初仪器检测该粒子的时刻，波函数就已经坍缩，一切就被决定了。按照学派 B 的观点，叠加态不可在宏观物体间传递，宏观物体对微观粒子的测量可导致波函数坍缩，即便没有人类意识的介入。——如果叠加态允许在宏观物体间传递，那么就会导致薛定谔的猫这样的荒谬结果。这样看来，薛定谔的思想实验本意是用来对学派 A 观点进行归缪。--不过，学派 A 跟学派 B 的观点都不违背量子物理学，因为两者都承认观测导致波函数坍缩，仅仅对于观测的定义有所不同。目前为止，似乎没有办法通过实验认定学派 A 与学派 B 究竟谁是正确的。无论哪种解释，最终人类观测到的现象都没有区别，虽然学派 A 的观点听起来更加荒谬，但很难认定它就是错的。所以，时至今天，依然有人认为薛定谔的处于生死叠加态的猫是实际可能存在的，毕竟我们无法证伪学派 A 的观点。但，已经有越来越多的物理学家们支持学派 B 的观点，认为量子物理中对观测的定义应该定义为测量，而这并不需要人类意识的介入。当然，也许将来证明A跟B都是错的。不过无论如何，薛定谔的猫，是通过表达某种在常理看来荒谬的结果，来试图推翻某个理论的行为。他表达的荒谬结果就是：宏观物体的量子叠加态。

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