深层解读薛定谔的猫，这只猫为什么“既死又活”？

薛定谔的猫，是一个著名的思想实验，已经流传几十年了。这思想实验如此出名，以至于不少人养的宠物猫，都会被叫作“薛定谔”。

薛定谔当初提出这个思想实验的目的其实很简单，就是为了质疑并讽刺哥本哈根诠释，其核心是不确定性和叠加态。不过让薛定谔没有想到的是，就是这么一个简单的思想实验，在之后的几十年时间里，在一定程度上大大推动了量子力学的发展，尤其是让很多普通吃瓜群众了解了量子力学。

下面一起来了解一下该思想实验的背景，从两大学派的争论开始说起。

量子力学诞生之后，物理学家们观测到了很多匪夷所思的现象，比如说量子纠缠，量子隧穿，量子叠加，不确定性等，所有这些现象都是真实存在的，都是已知的。

但是以上现象背后的本质却是未知的，也就是说，物理学家们并不知道量子纠缠，量子隧穿等现象的本质和底层逻辑。

而在探索这些现象背后本质的过程中，物理学家们产生了分歧和争执，总体来讲可分为两大学派，以爱因斯坦和薛定谔为首的经典物理学派，还有以玻尔，海森堡，玻恩等为首的哥本哈根学派。

两大学派为何会出现分歧呢？背后的“元凶”就是对微观世界的测量或者说观测。

我们都知道，原子由原子核和核外电子构成，但原子的结构完全不像太阳系那样，电子并没有直击固定的规定，电子的运动估计就像一团云雾那样。不过这团云雾并不是我们看到的，我们完全看不到电子呈现云雾状，而是通过实验观测得出的结论。

当我们想要测量任何物体的运动轨迹时，两个量是必不可少的：位置和速度，只有确定了某个物体在某个时刻的位置和速度，才有可能确定其运动轨迹。

但是当物理学家们对微观粒子，比如说电子进行观测时，发现完全不是那回事了，电子的速度和位置根本无法准确测量，因为电子的速度和位置都是随机的，虽然这种随机有一定的规律，但这种规律也只是概率。

也就是说，电子的位置和速度是呈概率分布的，但具体是哪个概率却是随机的，我们不可能推断出电子确定的轨迹信息。

通俗来讲是这样的，物理学家们可以通过很多次测量，最终标注出来电子的轨迹，发现呈现雾状或者云朵状，电子会在云朵的某一个地方随机出现，但物理学家们并不知道具体位置，只有在测量的时候，电子才会“变成一个点”，而不再是云朵状。

不测量时，电子就是无处不在的云朵状，就像波一样。一旦测量了，电子就会随机出现在某个位置，呈现出一个点，也就是我们通常所说的粒子。

为什么会这样呢？物理学家们如何解释这种诡异现象呢？

哥本哈根学派的代表人物玻尔是这样解释的：微观粒子会同时出现在云朵中的所有地方，而当我们对粒子进行测量时，粒子就会随机出现在某一个位置。这其实就是微观粒子的不确定性。

但这种解释很奇怪，让人很难接受，毕竟日常生活经验告诉我们，一个粒子不可能同时出现在两个地方，除非它会分身。

而爱因斯坦对此的解释是：既然电子是粒子，就不可能同时出现在所有位置，不管是测量前还是测量后，电子就在那个位置，也就是说电子的位置一直是确定的。但电子具体会出现在哪里，我们并不清楚。

而另一位物理学家艾佛雷的观点更奇特：电子同时出现在不同的位置，而当我们进行测量时，在我们的宇宙里电子会出现在这里，而在平行宇宙里，电子会出现在那里，结果就是，无数个平行宇宙里测量到的结果综合起来，就是云朵状的电子云形状。这也是平行宇宙概念。

除了以上三种解释之外，还有不少其他解释，这里就不再详述了。

而正是因为上面的争执，才有了接下来薛定谔提出的思想实验，薛定谔到的猫。实验本身其实很简单，简单讲就是，放射性元素的衰变与否，与猫的生死息息相关。如果衰变了，猫就会被毒死。否则，如果放射性元素没有衰变，猫就不会被毒死。

而放射性元素的衰变与否，受到量子力学规律的支配。因此，猫的生死是由量子力学规律决定的，薛定谔的猫这个思想实验，把微观世界的抽象概念直接过渡到了具体的现实世界，把微观世界的不确定性和叠加态与猫的生与死紧密联系在了一起。

具体来讲，按照量子力学的不确定性原理，放射性元素一直处于“衰变与不衰变”的叠加态，那么，那只猫自然也就处在“既死又活”的状态，就好像现实中的猫成为一只“量子猫”一样。但是，我们都知道，猫的状态只可能有两种：活或者死，不可能有第三种状态。

“既死又活”的猫，在我们看来，显然是一个荒谬的结果，而薛定谔当初构建这个思想实验的目的，就是想用荒谬的结果嘲讽玻尔为首的哥本哈根诠释，从而否定不确定性和叠加态。

哥本哈根诠释认为，不确定性和叠加态是量子世界的固有属性，而测量后导致微观粒子发生“波函数坍缩”，从无所不在的波动状态坍缩为确定状态。至于为什么会发生“波函数坍缩”，玻尔为首的哥本哈根学派并没有给出答案，他们只是观察到了波函数坍缩这种现象的确存在。

这里，有一个看起来简单但其实相当复杂的概念：测量。

何为“测量”？是指人类眼睛的观察吗？借助仪器进行观察行不行？或者说人类之外的生命进行观察算不算“测量”呢？

如果，测量仅仅指人类眼睛的观察，那么，量子力学是否与人类的自由意识有关系呢？这个问题深入研究下去很可能脱离科学范畴，朝着哲学领域发展。网络上确实也出现了很多“地摊文学”，把测量与人类意识紧紧联系在一起。

实际上，量子力学中“测量导致波函数坍缩”，与人类意识并没有什么关系。

那么，该如何解释薛定谔的猫实验中，微观效应直接体现在宏观上的猫身上呢？如何解释这只“既死又活”的猫呢？

目前主要有两种解释：多世界诠释和退相干诠释。

多世界诠释，其实就是刚才所讲的平行宇宙理论，在我们观测的一瞬间，宇宙发生了分裂，如果我们看到的猫是活的，那么平行宇宙里的猫一定是死的。这意味着，活猫和死猫确实是同时出现的，只不过出现在了两个不同的宇宙里。

多世界诠释极大冲击了人们的世界观，太疯狂了，很难让人接受。

而相对来讲，退相干理论则更容易让人接受。何为“退相干”？简单讲，一个系统在与环境的相互作用中逐渐丢失量子相干性的过程。任何量子系统都不可避免地会与周围环境发生相互作用，从而失去量子效应，比如说量子纠缠，叠加态等。

拿薛定谔的猫这个思想实验来讲，其实根本不用人类进行观测，整个系统所处的环境，早就有某些东西对放射性元素进行“观测”了，因为观测就意味着相互作用。整个系统不可能做到完全隔绝。

即使系统与外部环境完全隔绝，系统本身还有锤子，瓶子，甚至猫，这些东西都会与放射性元素发生作用，让整个系统的量子相干性逐渐丢失。

而哥本哈根诠释的核心其实就是波粒二象性，任何微观粒子都具有波粒二象性。当我们没有观测时，粒子就呈现波的状态，而一旦实施了观测，就会发生“波函数坍缩”，成为确定的粒子状态。