解读“薛定谔的猫”，真的存在一只“既死又活”的猫吗？

这个问题很有代表性，实际上是因为题主没搞清楚“随机性”的概念。虽然我们在生活中也经常说随机，但量子力学中的随机性和平时我们说的随机性是有微妙的差别的。

举个例子：在考试成绩出来之前，不知道自己的分数，所以分数有可能是90分或者91分。如果我们确切地表述一下这句话，就是：由于我不知道自己已经确定的分数，所以它有一定的概率是90分，也有一定的概率是91分。

请注意，对于考试成绩这件事，它的随机性来源于信息的缺失。实际上考试成绩是确定的，只是我们无法知道它，所以有了随机性。生活中我们说的随机事件大多属于此类，比如，掷骰子得到的点数被认为是随机的，是因为我们不知道骰子的初始速度，受到的空气阻力等等，如果这些都知道，用经典力学就能算出来骰子落在地上后最终的状态，自然也就知道哪一面朝上了；再比如，我们说某地有可能发生地震，是因为我们不能在地球上所有位置都装上探头，如果我们知道了地球上所有石头、土块、岩浆、水等等东西的位置，理论上借助一个无比强大的计算机，就能够精确地预测所有地质活动，包括地震。这些例子表明我们在生活中常说的随机性主要来自于信息的缺失。

20世纪初量子力学的基本理论（波动力学和矩阵力学）建立后，遇到了一个比较大的问题，就是量子力学的理论对于物理量只能给出它们的概率分布，而不能给出每一次观测所得的结果。举个简单的例子，比如我对粒子衰变这个过程用量子力学计算，计算结果告诉我它有50%的可能性衰变，也有50%的可能性不衰变，实际上我对这样的体系进行观测，的确有可能看到它衰变，也有可能看到它不衰变；如果我准备很多个这样的体系，并且记录对每一个进行观测的结果，便会发现大概有一半衰变了，还有一半没有衰变，这很符合算出来的概率。

所以量子力学的理论让很多科学家感到不舒服，因为在此之前所有的基本物理理论给出的结果都是确定的，比如经典力学算出一个东西的运动，它就应该在确定的时间出现在确定的位置；经典电动力学算出来点电荷的电场，也是在时空中有一个确定的分布。关于量子力学的理论为什么只能算出物理量的概率分布，主要有两派观点：

1. （代表人物：爱因斯坦）量子力学只能给出观测得到的物理量的概率分布，是因为这个理论是不完备的，实际上这个随机性来自于信息的缺失，就是有一些我们不知道的因素在起作用，导致无法确切地得知每一次观测的结果，要解决随机性问题，我们需要继续发展量子力学，直到我们找到那些不知道的因素，从而做出确切的预测。以粒子衰变为例，我之所以在对很多体系进行观测后得到一半是衰变一半是不衰变的结果，是因为我们本来准备的这“很多体系”就不是相同的，有某种我们尚不知道的因素起作用，使得这些体系中的一半注定会衰变，另一半注定不会衰变；
2. （代表人物：玻尔）量子力学非常完备，解的随机性是微观世界的基本规律，没有任何我们尚不知道的原因。以粒子衰变为例，在观测前粒子的状态不是确定的（意思是不是处于衰变或者不衰变这两个状态中的任何一个），而是所有可能状态的叠加（意思是它处于“既衰变又不衰变”的状态），观测时粒子会随机地变成某一个态，这种随机性是粒子的基本规律。

可以看出，第一种观点还是认为量子力学中的随机性和我们生活中一样，是因为缺失信息导致的，这种观点发展为隐变量理论（即“不知道但是存在的变量”）。第二种观点则认为量子力学中的随机性是“真正的随机”，这种随机性是本质上的东西，即使有人知道一切，他也无法搞清楚面前的这个粒子是否会衰变；这个粒子的随机性既然是本质的，那么在观测前它必然不倾向于任何一种状态，所以只能处于衰变和不衰变两种状态的叠加。

我们生活的宏观世界从来没有人观察到过叠加态，比如一个人有可能是男生或者女生，但是决不可能是男生和女生的叠加态（即“既是男生又是女生”），所以对第二种观点的怀疑从来没有停止过。但玻尔宣称生活中从来没有遇到过叠加态这种情况的原因是量子力学是微观物体的规律，日常生活中所遇到的各种东西不够小，所以不能用量子力学做出预测。薛定谔觉得玻尔这是在回避问题，于是就提出了薛定谔的猫这个思想实验，他把微观粒子处于衰变和不衰变的叠加态变成了猫的生死叠加态，借此说明玻尔观点的荒唐。

薛定谔的猫这个思想实验什么都说明不了，是因为问题本身把猫是生还是死的随机性理解成了因为信息缺失（不知道猫的生死，但是生死是确定的）而导致的（这是爱因斯坦和薛定谔等人的观点），但是根据玻尔的解释，在打开盖子前，猫的状态是生和死的叠加，观测后变成生还是死是本质上的随机，这毫无疑问是非常反直觉的。薛定谔提出该思想实验的主要目的是反驳玻尔的观点，因为用观点1去解释这件事毫无问题，而观点2解释就会有“生死叠加态”这种非常奇怪的结果。

直到爱因斯坦、玻尔、薛定谔等人去世，这两种观点的争论都没有平息。物理学是基于实验的，理论上只要两种观点对同一件事能给出不同的预测，做一个实验就能发现哪种是对的。问题是这两个观点主要的不同是对于一个微观体系在观测前的状态给出的不同解释，观点1认为观测前体系的状态是确定的，观点2认为观测前体系的状态是不确定的。由于做实验只能知道实验时的数据，而没法知道做实验前的数据，所以很多物理学家都放弃了争论这个问题，因为他们觉得这两个解释对于实际实验给出的结果完全一样。

然而，1964年约翰·贝尔的一篇论文指出，隐变量理论和哥本哈根诠释（就是玻尔坚持的解释）在某些实验条件下会给出不同的结果，具体的技术细节在这里就不说了。于是对应的实验开始出现，迄今为止所有的实验都发现哥本哈根诠释是正确的。

既然玻尔的理论成立，又如何解释猫的生死叠加态的问题呢？我个人比较倾向于70年代发展起来的量子退相干（此处略去，后面会有详细讲解，感兴趣的朋友可以搜索简单了解下），它至少对于为什么宏观世界从来没有叠加态给出了较合理的解释。相关的问题现在仍然是研究热点，希望有朝一日能得到彻底的解决。