薛定谔的猫: 那只不知死活的猫, 困扰人类近百年

20 世纪初，量子力学对微观现象的解释逻辑已能自洽，但其中关于不确定性和测量作用的假设，引起了许多物理学家的质疑。1925 年到 1935 年间，以薛定谔和爱因斯坦为代表的传统经典观点阵营，与以玻尔、海森堡和玻恩为代表的哥本哈根学派进行了长期论战。

1927 年，海森堡提出测不准原理，指出宏观的基本概念如质量、位置和速度放到微观中无法准确测量，宏观仪器的测量会干扰微观粒子的行为。1928 年，玻尔提出互补原理，认为原子现象不能用经典力学的完备性来描述，构成完备经典描述的物理特性是互补的，不会在同一次测量中出现，但在描述和解释微观现象时具有并协性，缺一不可。

1935 年，爱因斯坦与波多尔斯基、罗森发表了一篇论文，对量子力学的完备性进行质疑并设计了 EPR 思想实验。该实验将两个微观粒子相互作用后分开，通过测量其中一个粒子就可以不直接测量而通过推算得到另一个微观粒子的物理状态。波尔对此作出回应，认为 EPR 思想实验的整个微观粒子和测量仪器构成了一个整体，测量单个粒子时会对该粒子施加干扰，由此推算出的另一个粒子的物理状态并不正确。

同年，为了质疑量子力学的完备性，薛定谔在与爱因斯坦的通信讨论中提出了 “薛定谔的猫” 思想实验。他将一只猫关在一个装有少量镭和氰化物的密闭容器里。镭的衰变是随机的，有一定的概率发生。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，即所谓的“薛定谔猫”。这在宏观经验上是难以理解的，从而形成了一个悖论。

薛定谔的猫实验试图从宏观尺度阐述微观尺度的量子叠加原理。它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。该实验引发了广泛的哲学和认知科学讨论。它涉及到观察者和被观察者的相互作用，以及观察者对被观察者的意识的认知问题。此外，它还触及了现实本质的问题，即当系统不受观测时，它是如何存在的。

薛定谔的猫实验不仅挑战了经典物理学的观念，也推动了量子理论的发展。它激发了人们对量子叠加态、波函数坍缩等现象的深入思考，为量子计算和量子信息科学提供了新的思考平台。各种对量子力学的解释不断涌现。例如哥本哈根诠释、多世界诠释、退相干解释等，这些解释对叠加态的持续时间、何时崩溃等问题给出了不同的答案。

一些物理学家提出，薛定谔的猫实验可能暗示了平行宇宙的存在。他们认为，在观测之前，猫处于死和活的叠加态；而观测之后，宇宙分裂成两个平行的世界，一个世界中猫死了，另一个世界中猫还活着。然而，这一解释尚未得到广泛认可。

尽管薛定谔的猫是一个思想实验，无法在现实世界中真正实现，但它所揭示的量子世界的复杂性和不确定性却对现代科学和技术产生了深远的影响。例如，在量子计算和量子信息科学中，量子叠加态和波函数坍缩现象已成为重要的理论基础。

该实验还激发了人们对现实、命运和人性等问题的深入思考，为人们提供了一种新的哲学思考方式。一些科学家也在尝试通过实验手段来模拟或验证薛定谔的猫实验所揭示的量子现象。例如，瑞士苏黎世联邦理工学院科学家在2023年创建了迄今最重的“薛定谔的猫”实验系统，这一成果进一步推动了量子物理学的研究和发展。

“薛定谔的猫” 成为了科学和哲学领域中一个经典的话题，不仅在学术研究中被广泛讨论，也在大众文化中产生了深远的影响，经常出现在文学、影视作品中，用于表达不确定性、难以预测等概念。