为什么薛定谔的猫即死又活，迷雾公式薛定谔的猫尼亚厉害

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为什么薛定谔的猫即死又活

物理学界里，一个最神秘的躲猫猫 游戏 ——薛定谔的猫，是量子力学中最出名的一个思想实验。本质上来说，它连思想实验都算不上，更像发源于古希腊时期的一种诡辩论，所以也就没人会去做这样一个实验。

为什么科学家会无聊到去提出这么一个连实验都算不上的诡辩论？

量子的概念最早源于普朗克。1900年，为了解释黑体辐射，普朗克发现了我们这个宇宙最小的能量——6.62607015 10^（-34） J·s。世界上所有的能量都是以这个最小能量的整数倍来传递的，而这一份一份的能量就是量子。

1905年，爱因斯坦把量子的概念运用于光电效应的解释，提出光量子即光子概念。1916年，爱因斯坦正式确定了光子的波粒二象性。1924年，德布罗意在其博士论文中，将实物粒子与光子进行惊人类比，提出了实物粒子也具有波粒二象性。

“ 万物即波 ”的概念提出引起了学界震动。实实在在的物质怎么会具有波动性？

薛定谔从德布罗意的“物质波”得到了启示，开始思考：如果物质真有自己的波动性，那是不是也有描述其性质的波动方程？于是，1926年量子力学第一个最著名的波动方程——薛定谔方程——横空出世。虽然薛定谔创造了这个方程，但对其求解的物理意义并不清晰。

后来，量子力学的另一个奠基人玻恩，对薛定谔方程做出了一个颠覆认知的概率解释——薛定谔方程的解是描述实物粒子出现的概率。这里说的概率与我们日常说的几率是完全不同的概念，前者是物理学界从未引入的不确定性，后者只是一种统计学。

就仅凭这一解释，玻恩就获得了1954年的诺贝尔物理学奖，最后被并入量子力学正统的“哥本哈根解释”。

哥本哈根解释

1、 玻恩的波函数概率解释： 波函数计算的是一种概率波，其解代表在某个位置找到某个粒子的概率，观察测量也只能预测得到某一结果的概率，而不能预测一定会得到什么结果。

2、 海森堡的不确定原理： 有一些成对物理量存在共轭关系，它们无法同时被精准测出，一个越确定另一个必定越不确定。比如速度与位置、时间与能量……

3、 玻尔的互补原理： 一些物理对象存在看似矛盾的多重属性，原则上不可能用同一种方法同时看见其多种属性，不同的属性只能以不同的方法进行观察。

4、 玻尔的对应原理： 从微观尺度上的量子规则中推导出来的结论，不能违反宏观上的观察结果，且在宏观尺度上经典物理学规则依然有效。也就是说，随着量子数量的增加，量子体系的运动趋向经典力学体系，量子物理定律和方程可以转化为经典物理定律及方程。

5、 叠加态原理： 如果A和B是某个粒子的两种状态，那么A+B就是这个粒子的第三种状态，并同时具有A\B的特征。

6、 波函数坍缩： 在对微观粒子的两次测量之间，除了概率波函数以外，量子力学宣称微观粒子不存在，只存在各种可能的状态。只有进行观察或测量后，微观粒子的“可能”状态才能坍缩为实际的“确定”状态。

“哥本哈根解释”源于以尼尔斯·玻尔为首的 哥本哈根学派，它 把世界的客观实在建立在了巨大的不确定性之上，因此称为一种“概率论”，而薛定谔属于以爱因斯坦为首的传统“决定论”。

“哥本哈根解释”被认为是量子力学的正统解释，主要还是在相对靠谱的基础上打破了经典的决定论认知。这是对世界认识上的一个突破，但它的缺陷在于如“大杂烩”一般的描述，让人感觉并没有抓住量子力学的核心，而物理学一向喜欢掷地有声的简洁描述。因此，爱因斯坦认为哥本哈根学派的量子描述并不完备。

薛定谔猫的逻辑漏洞

为了表达对“概率论”的不满，薛定谔将爱因斯坦还不成熟的“ 不确定炸弹 ”的思想实验（即在一个封闭的盒子里，一个以元素衰变引爆的炸弹，可能爆炸了也可能没爆炸），发展成为了一个更高阶的生物版本——薛定谔的猫。

这猫简直太出名了，就不具体描述了。

“薛定谔的猫”主要是为了抨击哥本哈根学派对“ 波函数坍缩 ”和“叠加态”的解释。

就如上面叠加原理所说，叠加态是一种非A非B，又同时具有A\B特征的第三种状态，而又有什么能比“生死叠加”更具故事性。

但实际上“薛定谔猫”思想实验是存在漏洞的。

首先，生物的“生死”概念已经上升到宏观层面，是无法以微观量子法则来判定的。这种强制关联其实与“玻尔的对应原则”矛盾；

其次，“波函数坍缩”所描述的观察，并不是指靠人眼观测，一切宏观物质的介入都可以认为是已观测，比如薛定谔猫盒子中判定元素是否衰变的毒气装置。

这些漏洞，物理学家们当然都知道，但不妨碍他们开这种高逼格的玩笑。薛定谔的猫将微观世界与宏观世界在人们意识中联系了起来，让普通人也能感受到量子法则的反常，同时也引起了大众的兴趣，这对当时刚刚兴起的量子力学来说，不可谓不是一项大师级的量子科普案例。就像20世纪天文学家珀西瓦尔·洛瓦尔的火星观——即便后来认定的错误的，激发了那个年代最狂热的宇宙 探索 热潮，以及《星球大战》等一批科幻大片的横空出世。

总结

要做薛定谔猫的实验，要克服的不是技术难度，而是对世界理解的全新认知。

它的本质并不是一个实验，更像是物理学家之间的理念论道，内行看门道，外行看热闹罢了。 对薛定谔个人来说，只是表达了他对概率论的不满；而对量子力学来说，这是一个大师级的经典科普传播案例。

最后，要检验量子力学的“叠加态”最好的实验并不是薛定谔猫，而是偏振光实验。即将自然光通过偏振片时，可分解为两个相互垂直的振动分量。单个光子在没通过偏振片时是无法确认其偏振方向的，或者说它存于所有偏振方向的叠加态。这是已确定了的关于光子的事实。

这里观察光子的是偏振片，而不是人的主观意识。虽然你也可以以人的主观意识来理解，而这正是大多数人产生争论的焦点之一。

其实量子的鬼魅属性并不是人类意识的产物，但关于量子描述的语言确实是人类意识的产物。我们无法经验到那个微观世界，也只能用比喻或者类比的方式来描述，即使物理学家也不例外，不过他们交流的方式大多是数学公式而已。

一个不可能的实验

“薛定谔的猫”是一个许多人耳熟能详的故事，有些人甚至能够将它完整地背下来。

然而真正能够了解这个故事及其背景的人却并不多， 如果你真的希望谁复制这个实验，去抓只猫来试一试的话，那就说明你真的不懂它。

薛定谔并没有打算做这个实验，他甚至不认为这个实验能够成功，因为他阐述的是一个悖论 ，用了当时科学家们最拿手的思想实验的方式。在薛定谔的猫身上，有强烈的不满，我们甚至能感觉到些许讽刺。

（薛定谔的猫）

量子力学流派的对撞

埃尔温·薛定谔是一个伟大的物理学家、概率量子力学——波动力学的创始人，是现代量子力学的主要奠基人之一。薛定谔因他的薛定谔方程获得诺贝尔物理学奖。

薛定谔是一个实在论者，他提出过两条基本原则： 一是自然的可理解性原则，二是客观化原则 。薛定谔在他的科学研究中也始终坚持这两条原则。正因为如此，它造成了薛定谔与玻尔为首的量子力学哥本哈根学派之间的激烈碰撞。

（哥本哈根学派：玻尔、海森堡与泡利）

我们先来简单介绍一下 哥本哈根学派 ，它是玻尔、海森堡和波恩为首在哥本哈根所创立的学派，代表人物还有大名鼎鼎的泡利、狄拉克等科学家。他们是量子力学理论最后的赢家，因此哥本哈根学派的量子力学观点后来被冠以“正统解释”的帽子（据说是因为反对者都先死了）。但是在一开始，波尔和海森堡的“不确定性原理”还是引发了一大波反对声的。

其中 最激烈的两个反对者就是薛定谔和爱因斯坦 。薛定谔拎出了猫，而爱因斯坦更是搬出了“上帝”。

（爱因斯坦与薛定谔）

提到薛定谔，就不能不提著名的薛定谔方程，尽管这世上没几个人能看懂，我还是觉得将这几个高大上的方程式贴出来是件很有面子的事情：

（薛定谔方程组）

1926年， 薛定谔通过二阶线性偏微分方程组确立了量子波动力学，也一举奠定了自己在量子力学中领导者之一的地位 。

薛定谔与玻尔的“对决”

同年9月，玻尔邀请薛定谔去哥本哈根讲学，这本来是件愉快的事，但薛定谔却并不快乐，他从下了火车就开始跟玻尔“吵架”，一直吵到玻尔家里，住在玻尔的家里他俩天天吵，每天从早上起床就开始吵，一直吵到深夜。

本来是去做客的，这两个科学家为啥吵起来了呢？为了学术。前面说了 薛定谔创立了量子波动力学，他坚定地认为量子力学具有波函数的性质，它应该是连续的。但玻尔却认为量子存在非连续性的跃迁，并且由于“隐变量”的关系，这种跃迁是不可测量的，在你测量它之前永远不知道到底是个什么状态，而一旦你开始测量，它就崩溃了。这一点显然是在挑战波函数的连续性，对于持经典力学观点的薛定谔无论如何也难以接受的。

（玻尔和他的妻子）

就这样吵了几天之后，薛定谔病倒在玻尔家里，玻尔的妻子一边给他端水递药，玻尔还在一旁不停地解释，试图说服薛定谔。你说他这是去讲学呢，还是去洗脑？

当薛定谔回到家后，也许是出于对玻尔老婆照顾的感激，他不再激烈反对“不确定性原理”，但对于哥本哈根派的隐变量解释却始终持批判态度。 薛定谔与爱因斯坦联合起来共同对抗玻尔和海森堡的哥本哈根学派，直到炮制出“薛定谔的猫” 。

（被玻尔“聊倒”的薛定谔）

“薛定谔的猫”实验中，假设了两个要素： 一是由核衰变释放粒子控制的电子开关和毒药，另一个是不知死活的猫 。薛定谔希望利用这个思想实验中的不确定条件暗讽哥本哈根学派“隐变量”的不确定性，从而指出 这是一个悖论。因为实验中的猫除了“死”与“活”两种状态外，还有一个“不死不活”的状态，因为你永远不能确定它的死活 。而量子现象恰恰会处于某种混沌的状态，你不能预测它，这让薛定谔这样的科学家很恼火。

（薛定谔和他的猫）

爱因斯坦也一样，那个 “上帝不会掷色子”就是爱因斯坦面对量子现象不确定性问题时的错愕与愤怒 。他听懂了量子理论，但不能接受这种解释。爱因斯坦喜欢薛定谔方程及波函数的确定性，他至死都不认可还有“不死也不活状态”的猫。

思想实验

最后说一说思想实验。与今天的物理学家们严重依赖价值数百亿美元的强子对撞机不同，十九、二十世纪的科学家们大量采用的是思想实验，他们在头脑中构筑起思想机器、用精密的逻辑和思维来驱动微观粒子、用美妙的数学来计算、用简洁优美的公式来告诉人们结论。当爱因斯坦还是瑞士伯尔尼专利局的小职员时，他根本没有条件去测量天体，但他却通过思想实验创立狭义相对论与广义相对论。同样的，薛定谔也用他精确的方程组创立了量子力学的半壁江山。

（那个时代的科学巨匠们）

对于科学，科学家们一直在不停地 探索 ，而我们这些吃瓜群众要做的，不仅是认可他们的工作，还应该学会以科学的态度去看待科学。即便是质疑，你也应提出自己的观点，将它拿出来讨论，就像薛定谔做的那样。

质疑决不是没头没脑地来一句：“你这是胡扯！”然后拍屁股走人。

当然，你需要有知识。

不是有技术难度，而是这个实验根本没办法做。

把一只猫关到盒子里，内部设置一个由物质衰变触发的毒药装置，在一个周期内，衰变物质有二分之一的几率衰变，如果衰变，就会触发装置，毒药释放毒死这只猫，如果没有衰变，那这只猫就会活下来。那么在盒子关上之后，猫究竟是死是活？这就是薛定谔的猫实验。

薛定谔认为，在盒子没有打开之前，这只猫的生死无法确定，所以说它既没有"死"也没有"活"，而是处于生和死的叠加态，但当盒子打开的一瞬间，这种叠加态就塌缩成一种状态，要么死，要么活。怎么样？有没有感觉很绕？

薛定谔的猫，究其本质，不在这个实验，而是为了通过这样一个假说来说明微观世界的一种叠加的状态，注意是微观，而一只猫很显然是宏观的，所以这个实验即便做了也没什么意义。此外，如果我们不观察内部，我们无法确定猫的状态，但如果我们观察了内部，不管以何种方式获得内部真实情况，那只猫的生死都会瞬间塌缩到一个状态，那这个实验又有什么意义呢？

所以薛定谔的猫这个实验注定只能成为一个人类认识微观世界的宏观桥梁，这个实验根本没有办法做，不管过去现在还是将来，都没办法通过这个实验获得理想的结果。毕竟这个实验根本不符合现有规律，我们根本无法观察。

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