薛定谔的猫理论，简单解释薛定谔的猫（死亡实验——薛定谔的猫）

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1、薛定谔的猫理论：死亡实验——薛定谔的猫

薛定谔的猫（英文名称：Schrödinger’s Cat）是奥地利著名物理学家薛定谔（Erwin Schrödinger, 1887年8月12日～1961年1月4日）提出的一个思想实验，是指将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里。镭的衰变存在几率，如果镭发生衰变，会触发机关打碎装有氰化物的瓶子，猫就会死；如果镭不发生衰变，猫就存活。根据量子力学理论，由于放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加，猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态。

这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔猫”。但是，不可能存在既死又活的猫，则必须在打开容器后才知道结果。该实验试图从宏观尺度阐述微观尺度的量子叠加原理的问题，巧妙地把微观物质在观测后是粒子还是波的存在形式和宏观的猫联系起来，以此求证观测介入时量子的存在形式。随着量子物理学的发展，薛定谔的猫还延伸出了平行宇宙等物理问题和哲学争议。想要实验“薛定谔的猫”就必须要认识量子行为的一个现象：观测。微观物质有不同的存在形式，即粒子和波。通常，微观物质以波的叠加混沌态存在；一旦观测后，它们立刻选择成为粒子。实验是这样的：在一个盒子里有一只猫，以及少量放射性物质。之后，有的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫，同时有的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。

根据经典物理学，在盒子里必将发生这两个结果之一，而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果。在量子的世界里，当盒子处于关闭状态，整个系统则一直保持不确定性的波态，即猫生死叠加。猫到底是死是活必须在盒子打开后，外部观测者观测时，物质以粒子形式表现后才能确定。这项实验旨在论证量子力学对微观粒子世界超乎常理的认识和理解，可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理，客观规律不以人的意志为转移，猫既活又死违背了逻辑思维。

薛定谔的猫（Schrödinger's Cat）是关于量子理论的一个思想实验。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。量子理论曾经引起的困惑直到21世纪仍困惑着人们。正如玻尔的名言：“谁要是第一次听到量子理论时没有发火，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。薛定谔尝试着用一个思想实验来检验量子理论隐含的不确定之处。

设想在一个封闭的匣子里，有一只活猫及一瓶毒药。当衰变发生时，药瓶被打破，猫将被毒死。按照常识，猫可能死了也可能还活着。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，猫必死无疑。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。物理学家却无法知道，它在什么时候衰变，是上午还是下午。当然，物理学家知道它在上午或下午衰变的几率——也就是猫在上午或者下午死亡的几率。如果人们不揭开密室的盖子，根据日常生活中的经验，可以认定猫或者死，或者活。这是它的两种本征态。如果用薛定谔方程来描述薛定谔猫，则只能说，它处于一种活与不活的叠加态。人们只有在揭开盖子的一瞬间，才能确切地知道猫是死是活。此时，猫构成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，人们永远也不知道猫是死是活，它将永远处于半死不活的状态，可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理，客观规律不以人的意志为转移，猫既活又死违背了逻辑思维。

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。正像哈姆雷特王子（引用自莎士比亚的名言）所说：“生存还是死亡，这是一个问题。”只有当你打开盒子的时候，叠加态突然结束（在数学术语就是“波函数坍缩（collapse）”），哈姆雷特王子的犹豫才终于结束，人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：只出现一个结果，这与观测到的结果相符合。有一个大的问题：它要求波函数突然坍缩，可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或许实用主义的考虑，还是接受了哥本哈根的诠释。付出的代价：违反了薛定谔方程。这就难怪薛定谔一直耿耿于怀了。

思想实验揭示了：除非进行观测，否则一切都不是确定的，可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理，客观规律不以人的意志为转移，猫既活又死违背了逻辑思维。爱因斯坦和少数非主流派物理学家拒绝接受由波尔及其同事创立的理论结果。量子力学告诉人们，存在一个中间态，猫既不死也不活，直到进行观察看看发生了什么。爱因斯坦认为，量子力学只不过是对原子及亚原子粒子行为的一个合理的描述，这是一种唯象理论，它本身不是终极真理。他说过一句名言：“上帝不会掷骰子。”他不承认薛定谔的猫的非本征态之说，认为一定有一个内在的机制组成了事物的真实本性。爱因斯坦花了数年时间企图设计一个实验来检验这种内在真实性是否确在起作用，但没有完成这种设计就去世了。

2、薛定谔的猫理论，简单解释薛定谔的猫

“薛定谔的猫”是量子力学最著名的思想实验，也可能是已知宇宙中最著名的思想实验，甚至是所有宇宙中最著名的思想实验，如果多重宇宙解释成立的话。

薛定谔和爱因斯坦都是因果论的死忠，因此对哥本哈根诠释关于电子没人观测时处于叠加态，有人观测则波函数轰然坍缩，从而随机选择一个确定的状态存在的解释非常不满，爱因斯坦提出了EPR佯谬，薛定谔则配合设计了这个历史上最著名的思想实验来批驳哥本哈根诠释。薛定谔的这只量子宠物很不幸，它和一个毒气瓶、一个放射性粒子一起，被放进一个密闭的盒子里，任何时刻粒子衰变与不衰变的可能性都是50%。粒子衰变，则通过一个装置打破毒气瓶，猫便一命呜呼；粒子未衰变，则猫仍然活得莺歌燕舞。粒子何时衰变完全是随机的，问题的关键是，在盒子没有打开之前，我们怎么知道猫是活的还是死的呢？我们只能说猫处于一种既死又活的叠加态。薛定谔的猫成功地把微观世界（粒子）的不确定性转移到了宏观世界（猫），可谓用心险恶，杀机重重。此后几十年的时间里，这只猫吸引了无数物理学家的视线，对它究竟是死是活的诠释产生了各种稀奇古怪的量子理论，下面介绍其中主要的五种，希望有一款能合您的口味。

1、哥本哈根诠释。猫在盒子里处于薛定谔波函数的概率幅中，呈现出既死又活的叠加状态，当我们看它一眼，波函数便轰然坍缩，猫随机选择死或者活的确定状态存在。也就是说，我们的观测决定了猫的生死，后来发展到人的意识可以决定宇宙状态的人择原理，有些唯心的味道了。

2、多重宇宙论。猫在盒子里处于薛定谔波函数的概率幅中，呈现出既死又活的叠加状态，当我们看它一眼，波函数并没有坍缩，而是把我们包括整个宇宙都加入到叠加状态中！即活猫 宇宙和死猫 宇宙的状态，换句话说，就是我们看它一眼，宇宙和我们就都分裂成了两个，一个宇宙中的我们看到的是活猫，另一个宇宙中的我们看到的是死猫，两个宇宙互相平行，各不相干。自宇宙诞生以来，已经经历了无穷多次分裂，所以我们的身边存在着无穷多个平行宇宙。

3、多重历史论。和多重宇宙论有些相似却又不同，多重历史论认为宇宙只有一个，但宇宙发展的历史却是无穷的，包含所有可能的发展路径。在薛定谔的猫里，宇宙包含猫活和猫死的所有历史，比如猫活 薛定谔吃了早餐，或者猫活 薛定谔没吃早餐，以及猫死 薛定谔吃了早餐或猫死 薛定谔没吃早餐等状态，我们还可以加上打雷、下雨等各种因素，无穷无尽。但当我们去观察时，除猫的死活特征外，所有与此不相干的历史比如薛定谔吃没吃早餐、天上打雷下雨没有，就都互相抵消退相干了，猫的死活成为确定态，如果猫活，猫死的历史就没有发生，反之亦然。宇宙是一个多重历史的叠加，当我们关注了某一宏观特征时，宇宙的其它历史就退相干使宇宙呈现某种确定性。

4、隐变量理论。薛定谔的猫之所以处于不能确定死活的叠加态，只是因为我们没有完全掌握所有的参数，一些隐含的变量影响着实验结果。就像掷骰子，我们之所以不能想一就一，想二就二，是因为我们不能完全掌握骰子的重心、力道、空气阻力等所有参数。如果我们掌握了掷骰子的一切参数，我们当然可以每次都掷出自己希望的点数来。盒子里的猫是死是活一直是确定的，只是我们无法掌握那些隐变量，所以不知道而已。就像你向女神表白，你自己认为她处于答应和不答应的叠加态中，实际在她心里，隐变量早就帮她做了决定。

5、系综诠释。这个解释认为量子论只有统计学上的意义，无法对单个系统作出任何预测。我们说猫是死或者活的时候，并不能预测特定一只猫处于死或者活的状态，而只能预测大量的猫在这种情况下死或者活的概率各为50%。就像掷硬币，你可以和别人打赌，让他掷1000次硬币，你打赌他会有450到550次是正面朝上，而他赌450次以下或者550次以上，虽然看起来他的范围要比你宽得多，但你几乎可以稳赢不输。但他要是只投一次硬币，不管你押正面朝上还是朝下，你都无法保证一定能赢钱了。

还有一些更奇葩的解释，比如当我们对猫进行观测后，宇宙并没有分裂，而是我们的意识分裂了，这种解释称为多精神解释，差不多就相当于精神分裂了吧。

由于并不存在对这些理论的准确描述，也就是说这五个解释仍处于概率幅中，波函数并没有坍缩使其呈现某种确定状态，以上解释不一定准确地表达了理论本意，请读者朋友们谨慎理解。

附：

1997年马里兰大学量子力学问卷调查：哥本哈根解释13票，多重宇宙论8票，隐变量理论4票，多重历史论（退相干历史）4票，还没想好18票；

1999年剑桥牛顿研究所的调查：哥本哈根诠释4票，隐变量理论2票，多重宇宙 多重历史30票，还没想好50多票。

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