薛定諤的貓，只是一個簡單的思想實驗，之前也做過很多次科普。之所以會多次科普薛定諤的貓，就是因為這絕不僅僅是一個簡單的思想實驗，如果你詳細了解了薛定諤的貓在什么背景下誕生的，意味著對量子力學已經(jīng)有了相當深入的了解。

具體背景是這樣的。

愛因斯坦和玻爾兩位物理學界大佬，都是量子力學的創(chuàng)始人之一。既然如此，按道理講，愛因斯坦和玻爾不應該有什么沖突，畢竟兩人都不會質(zhì)疑量子力學。

不過在第五屆和第六屆索爾維大會上，愛因斯坦與玻爾之間出現(xiàn)了激烈的“沖突”，當然不是打架，而是辯論。

愛因斯坦質(zhì)疑玻爾關(guān)于量子力學“不確定性”的詮釋，說白了就是“哥本哈根詮釋”，而玻爾是哥本哈根學派的代表人物之一。愛因斯坦堅決不承認量子力學中的“不確定性”和“疊加態(tài)”，認為背后一定存在未被發(fā)現(xiàn)的“隱變量”，只要找到“隱變量”，就可以用經(jīng)典物理學解釋量子力學的詭異現(xiàn)象。

不過玻爾堅持認為“不確定性”和“疊加態(tài)”就是量子世界的固有屬性，這才有了兩人的激烈辯論。

你可能會不解：這也沒有薛定諤和薛定諤的貓什么事啊，說這些干嘛呢？

別著急，聽我慢慢講。

愛因斯坦與玻爾之間的辯論并沒有最終結(jié)果，兩人誰都沒有說服對方。愛因斯坦并不服氣，于是便聯(lián)合波多爾斯基和羅森一起提出了著名的“EPR佯謬”，EPR分別是三人名字的首字母。

EPR佯謬到底什么意思呢？

它針對的其實還是哥本哈根詮釋中的不確定性原理，通俗理解是這樣的。

不確定性原理表明，我們不可能同時測量出微觀粒子準確的位置和速度信息，位置越準確，速度就越不準確。而位置的不確定性與速度不確定性乘積必須不小于一個常數(shù)，這個常數(shù)雖然很小，但比零要大。

愛因斯坦等三人認為，如果把糾纏中的兩個粒子A和B分開，相距很遠。之后測量粒子A的位置，根據(jù)不確定性原理，位置確定了，速度自然就確定不了。但是可以測量B的速度，由于A和B處于糾纏態(tài)，根據(jù)動量守恒，就可以間接獲取A的動量，自然也就知道A的速度了。

這不就相當于我們同時知道了粒子A的準確位置和速度信息了嗎？果真如此的話，就與不確定性原理發(fā)生了矛盾。

再通俗點可以這樣理解。有一副手套，分別被裝在兩個密封的箱子里，我們并不知道兩個箱子里的手套哪個是左手套，哪個是右手套�，F(xiàn)在把兩個箱子放在相距一千光年遠的兩個地方，玻爾打開其中一個箱子發(fā)現(xiàn)是左手套，那么立刻就知道另一個箱子里是右手套，相當于玻爾瞬間獲取了一千光年外的信息，遠超了光速，這顯然是不可能的。

該薛定諤登場了。

與愛因斯坦一樣，薛定諤也是經(jīng)典物理學派的堅定支持者，他對哥本哈根詮釋中的不確定性原理也非常反感。

薛定諤這家伙確實聰明絕頂，是物理學天才，提出了著名的薛定諤方程，該方程在量子世界的地位就相當于牛頓定律在宏觀世界的地位，描述的是微觀粒子的運行規(guī)律。不過薛定諤無法解釋公式中的“波函數(shù)”到底是什么意思，還有玻恩給出了解釋，認為所謂的“波函數(shù)”其實就是概率波，玻恩也因為“概率波”詮釋獲得了諾貝爾物理學獎。

按說你薛定諤應該感謝玻恩才對，但玻恩也是哥本哈根學派的成員之一，他提出的概率波詮釋本質(zhì)上還是不確定性，薛定諤本人對此非常生氣，他把EPR佯謬又定義為“量子糾纏”，這個名字在當時確實很不受歡迎，甚至會成為被戲謔的對象。

之后，薛定諤又提出了著名的薛定諤的貓這個思想實驗，諷刺并質(zhì)疑哥本哈根學派所謂的“疊加態(tài)”。不得不承認，薛定諤真的是天才，思維很具有跳躍性。

原本薛定諤只是想借助這個思想實驗惡心哥本哈根學派，一開始也確實“惡心”到了，不過隨著量子力學不斷發(fā)展，這個思想實驗到后來竟然成了推動量子力學發(fā)展的的某種動力，最起碼成為了一個幾乎眾人皆知的科普知識。

實驗過程就不詳述了，簡單講就是，通過一個放射性元素的衰變與否，來控制開關(guān)，然后開關(guān)控制毒氣瓶是否打開釋放毒氣。

按照量子力學中的“疊加態(tài)”，放射性元素一直處于“衰變與不衰變”的疊加態(tài)，最終貓自然也處于“生和死”的疊加態(tài)。而要想知道這只貓到底是死是活，只有通過觀測，而在觀測的一瞬間，貓的狀態(tài)就發(fā)生了坍縮，從疊加態(tài)坍縮為“本征態(tài)”，也就是某一個確定狀態(tài)，要么死，要么活。

很顯然，這樣的貓現(xiàn)實中是不存在的，薛定諤就是想用這個思想實驗諷刺哥本哈根學派。

薛定諤設(shè)計的這個思想實驗真的很高明。因為在愛因斯坦和玻爾大辯論的時候，玻爾總是會強調(diào)量子力學中的詭異現(xiàn)象，比如說不確定性和疊加態(tài)只會出現(xiàn)在量子世界，不會出現(xiàn)在宏觀世界。

而薛定諤用一個簡單的思想實驗，成功地把微觀世界的量子效應（放射性元素的疊加態(tài)）與宏觀世界（那只貓）聯(lián)系起來。對于這個思想實驗，一時間連玻爾本人也有點懵，畢竟如果疊加態(tài)真的存在，那里理論上“既死又活”的貓也會存在，但現(xiàn)實中怎么可能存在這樣的貓呢？

而如果疊加態(tài)不存在，不等于自己打自己臉嗎？相當于玻爾和哥本哈根學派自己否定到了自己。

于是，隨著薛定諤的貓這個思想實驗不斷發(fā)酵，最終這只貓也成了物理學界四大神獸之一，可謂家喻戶曉，現(xiàn)實中很多人把自己家的貓就起名為“薛定諤”，可見這只貓有多出名了。

但物理學該如何解釋薛定諤的貓這個思想實驗呢？衍生了很多假說。

比如說多世界假說，這個假說確實讓人感覺很瘋狂。認為在我們觀測的一瞬間，世界就發(fā)生了分裂，分裂為兩個世界，其中一個世界里的貓是活的，另一個世界里的貓是死的，如果我們世界里的貓是活的，不代表死貓就不存在，只是出現(xiàn)在了另一個世界。

更深層的意思是，由于我們?nèi)粘Ｉ钪忻繒r每刻都在觀測，意味著我們的世界每時每刻都在發(fā)生分裂，你的任何一次選擇，任何一次決定都會分裂成兩個世界。你在做出一個選擇的同時，自然會放棄其他選擇，但并不是說其他選擇沒有出現(xiàn)，只是出現(xiàn)在了其他世界。

打個不恰當?shù)谋确�，有兩個女孩你都很喜歡，你都不想放棄，但現(xiàn)實中你不得不做出選擇，只能選其中的一個女孩，放棄另一個女孩。但其實在你選擇的時候，就會分裂成兩個世界，你在另一個世界選擇的是另一個女孩。

可以看出，多世界假說太瘋狂了，也很難通過實驗去驗證，所以至今也不被大眾接受。

還有就是“退相干”詮釋，也是目前相對最可靠的詮釋。所謂“退相干”，說白了就是“不再具有相干性”，也就是說“不再具有量子力學中的糾纏，疊加態(tài)和不確定性”。

退相干理論認為，薛定諤的貓這個思想實驗其實是沒有意義的，因為在實驗甚至還沒開始時，放射性元素的疊加態(tài)就已經(jīng)發(fā)生了“退相干”，不再具備“疊加態(tài)”。為什么？

因為放射性元素不可避免地會與周圍環(huán)境發(fā)生相互作用，就相當于是“觀測”。密封的箱子不可能是絕對的真空，即便假設(shè)是絕對的真空，箱子里面仍舊有開關(guān)，毒氣瓶，當然還有貓本身。由于任何形式的觀測都會導致疊加態(tài)發(fā)生坍縮，成為本征態(tài)，因此貓也可以是觀測者。

也就是說，在哥本哈根學派眼里，疊加態(tài)確實是存在的，是量子世界的固有屬性，只不過這種疊加態(tài)很難表現(xiàn)在宏觀世界里。

而隨著上世紀60年代貝爾不等式的問世，也讓愛因斯坦與哥本哈根學派之間的爭論暫時告一段落，結(jié)果就是愛因斯坦錯了，哥本哈根學派笑到了最后。

貝爾不等式是從愛因斯坦的“隱變量理論”推導出來的一個屬性，這里就不具體展開了，簡單講就是，如果隱變量存在，那么量子糾纏的結(jié)果應滿足一定的統(tǒng)計規(guī)律，即貝爾不等式。

也就是說，如果貝爾不等式成立，那么隱變量就存在，愛因斯坦對了。如果貝爾不等式不成立，那么隱變量就不存在，玻爾為首的哥本哈根學派就對了。

而實驗證明，貝爾不等式確實不成立，因此哥本哈根學派笑對了，這也是為什么不確定性原理會被如今主流科學界認可。

而很多實驗也確實表明量子糾纏現(xiàn)象的確存在，比如說我國的墨子號量子衛(wèi)星，早在2016年就實現(xiàn)了兩個糾纏光子被分發(fā)到相距1200公里遠處，仍保持糾纏態(tài)。

完！