薛定諤的貓，物理學界“四大神獸”之一，是由著名物理學家薛定諤在1935年提出的思想實驗。該思想實驗是通過把微觀領域的量子效應擴展到宏觀世界，通過宏觀世界的詭異表現諷刺質疑哥本哈根學派關于量子疊加態(tài)的詮釋。

實驗過程很簡單。

一個密封的箱子，里面有一只貓，一個放射性元素，還有開關，錘子，裝有毒氣的瓶子。如果放射性元素衰變就會釋放出粒子，觸發(fā)開關，錘子落下砸碎瓶子，釋放出毒氣，把貓毒死。如果放射性元素不衰變，貓也就不會被毒死。

也就是說，貓是死是活取決于放射性元素是否衰變。但是放射性元素的衰變概率為50%，這里的“50%”并不意味著“衰變或者不衰變”，而是處于“衰變與不衰變”兩種狀態(tài)的疊加態(tài)。當我們進行觀測時，這種疊加態(tài)就會發(fā)生坍縮，坍縮為“要么衰變，要么不衰變”的確定狀態(tài)，概率是50%。

既然放射性元素一直處于“衰變與不衰變”的疊加態(tài)，意味著貓也處于“生和死”的疊加態(tài)。但是根據經典物理學，一只貓不可能同時處于“生和死”的狀態(tài)。當我們想知道貓到底是死是活，只能去觀測，而在觀測的瞬間，貓的最終狀態(tài)才能確定下來。

其實，薛定諤提出這個思想實驗的目的很單純，就是想表達對哥本哈根詮釋的不滿和諷刺。不過讓他沒想到的是，薛定諤的貓這個思想實驗在某種程度上推動了量子力學的發(fā)展，該實驗可以讓微觀與宏觀聯系在一起，把微觀世界延伸到了宏觀世界，同時向人們展示了觀測行為可能會以何種形式影響量子。

隨著量子力學的不斷發(fā)展，物理學界也延伸出了很多理論和設想，試圖詮釋薛定諤的貓這個思想實驗，比如說平行宇宙理論，甚至還有哲學方面的爭議。

當然，以上只是對薛定諤的貓簡單的介紹，要想深入了解背后的故事，需要從量子力學的一個基本概念說起，那就是“疊加態(tài)”。

疊加態(tài)是量子世界區(qū)別于宏觀世界的根本所在。在我們的宏觀世界，都具有確定性，最簡單的例子，一輛汽車停在路邊，汽車就在那里，不會在別的地方，這是很確定的。但是，到了量子世界，這種確定性徹底被不確定性取代，微觀粒子的速度，位置等信息都是不確定的，只能用概率去描述。

就拿上面所講的小汽車來講，如果小汽車在量子世界里，那么它就有可能不在路邊，有一定概率出現在其他任何地方，也就是說小汽車的位置是不確定的，同時它的速度也是不確定的。也就是說，汽車可以同時處在兩個不同的地方。

上學時我們都學過原子結構中的“電子云”概念，電子并不是圍繞著原子核旋轉，它的軌道并不是確定的，而是非常隨機地出現在原子核周圍，甚至可以同時出現在多個不同的位置，結果就表現出一團“云霧”，被稱為“電子云”，電子云的密度代表電子出現在不同位置的概率。

說到這里，不得不提薛定諤方程，該方程在量子世界的地位那是相當重要，相當于牛頓力學在宏觀世界的地位，所以，你不用去理解薛定諤方程的具體意思，只需要明白該方程在量子世界的地位就行了，它是描述了微觀粒子的運動規(guī)律，就像牛頓力學描述了宏觀物體的運動規(guī)律一樣。

薛定諤方程，主要描述了波函數隨時間演化的規(guī)律，求解波函數就可以得到量子系統(tǒng)中某個時間的概率。

薛定諤本人并沒有給出波函數的物理含義，這個問題被玻恩解決了。玻恩提出了“概率波”詮釋，認為波函數就是描述微觀粒子在某個位置某個時刻出現的概率，這種概率波詮釋也被稱為哥本哈根詮釋。玻恩也因為概率波詮釋獲得了諾貝爾物理學獎。

按說薛定諤應該感謝玻恩才對，畢竟玻恩詮釋了波函數的物理含義。但由于玻恩是哥本哈根學派的代表人物，而薛定諤與愛因斯坦是經典物理學的堅定支持者，所以薛定諤并不認同玻恩的概率詮釋。

不過主流科學界早已認同了這種概率詮釋，這種詮釋認為，在沒有對量子系統(tǒng)進行觀測時，微觀粒子的位置和速度都是不確定的，處于一種疊加態(tài)。微觀粒子可能出現在這里，也可能出現在那里，實際上可以描述為同時處于這里和那里的疊加態(tài)。

薛定諤的貓這個思想實驗里，放射性元素就處于衰變與未衰變的疊加態(tài)。

要想確定具體是什么狀態(tài)，只能通過觀測。而在我們實施觀測的一瞬間，微觀粒子的狀態(tài)就會從疊加態(tài)瞬間坍縮為“本征態(tài)”，也就是確定狀態(tài)。微觀粒子只能在這里或者在那里，放射性元素也只能處于衰變或者未衰變的狀態(tài)。

也就是說，我們的觀測影響了微觀粒子的狀態(tài)，這一點是讓人最難以理解的，畢竟我們的宏觀世界是不存在疊加態(tài)的，只有本征態(tài)。

也正是因為量子力學中的很多詭異現象完全違背了我們的日常生活經驗，所以包括愛因斯坦薛定諤等物理學界大佬在內的很多人都對量子力學表示懷疑。愛因斯坦薛定諤等人并不是質疑量子力學的正確性，他們兩人也是量子力學的奠基人之一，當然不會質疑量子力學，他們質疑的是量子力學的完備性，質疑的是哥本哈根詮釋。

在愛因斯坦和薛定諤眼里，量子力學是不完備的，一定存在更深刻的物理結論（隱變量）來詮釋量子力學的底層邏輯。不過后來的貝爾不等式表明，隱變量并不存在，所以愛因斯坦錯了。

愛因斯坦提出“上帝不擲骰子”來反駁哥本哈根學派的代表人物玻爾，而薛定諤則提出了薛定諤的貓這個思想實驗來質疑并諷刺哥本哈根詮釋。

薛定諤認為，現實中不可能存在一只“既死又活”的貓，因此哥本哈根詮釋所謂的“疊加態(tài)”是站不住腳的。

有人可能會說，那還不簡單嗎，直接把薛定諤的貓實驗中的密封箱子換成透明的，不就行了嗎？透明的箱子就能“悄悄”地觀察貓到底是死是活。

這種想法是對“觀測”的誤解。事實情況是，任何觀測行為都會影響到實驗結果，不僅僅是人類用眼睛觀測，用包括實驗儀器在內的任何直接或間接手段觀測，都屬于“觀測”行為，而只要觀測了，就會對箱子內部的量子系統(tǒng)產生影響。

但是如果不觀測，人們就不知道箱子里面貓的狀態(tài)，只能從理論上分析貓?zhí)幱凇凹人烙只睢钡寞B加態(tài)。而只要一觀測，貓的狀態(tài)就會確定下來，要么死，要么活。

薛定諤的貓，也因此成了“世界難題”，至今物理學界也沒有給出完全解釋。不過也因此衍生出了一系列觀點和假說。比如說多世界詮釋，退相干詮釋，隱變量詮釋，當然還有哥本哈根詮釋等。

多世界詮釋認為，在我們實施觀測的一瞬間，世界就發(fā)生了分裂，會分裂出兩個不同的世界，我們只能看到其中一個世界的現實，當然就是我們的世界。如果我們看到的是一只活貓，并不意味著死貓不存在，死貓只是出現在了另外一個世界。

更深的含義是這樣的，由于現實生活中我們的一舉一動都在觀測，意味著我們的任何選擇都會分裂出無數個世界，而在現實世界中我們只能做出一種選擇，放棄其他選擇。其實其他選擇并沒有被放棄，只是發(fā)生在了其他世界，或者說其他宇宙。

最通俗的例子，你走到十字路口，選擇了直行，并沒有選擇左拐或者右拐。其實“你”同樣選擇了左拐或者右拐，只是這兩種選擇發(fā)生在其他世界。

退相干詮釋。何為“退相干”？退相干，說白了“退出相干性”，也就是“退出量子特性”，就是量子系統(tǒng)與周圍環(huán)境發(fā)生相互作用而失去量子行為的過程。由于量子相干性而產生的量子行為，比如說疊加態(tài)，量子糾纏等，會因為量子退相干而變得消失無蹤，促使系統(tǒng)的量子行為變遷成為經典行為。

拿薛定諤的貓這個思想實驗來講，其實根本不用我們觀測，哪怕是箱子是絕對密封的，放射性元素早就與周圍環(huán)境發(fā)生了相互作用，從而發(fā)生“退相干”。因為密封的箱子不可能完全杜絕與周圍環(huán)境的相互作用，即便箱子內部是絕對的真空，但箱子本身，玻璃瓶，錘子，甚至貓本身都可以是“觀測”者，都會與放射性元素發(fā)生相互作用，讓放射性元素從疊加態(tài)瞬間坍縮為“本征態(tài)”。

隱變量詮釋認為，量子力學中所謂的詭異現象，背后一定存在更為深刻的“隱變量”來詮釋，也就是說，我們并沒有找到量子世界的底層邏輯到底是什么，所以才會覺得量子力學如此故意。一旦找到隱變量，就可以用經典世界的思維詮釋量子世界的詭異行為。

而哥本哈根詮釋其實也包括以下幾種思想。

波函數。薛定諤方程中波函數可以完整描述量子系統(tǒng)中微觀粒子的量子態(tài)。

概率波。波函數其實就是概率波，這種觀點是由玻恩提出來的，描述的是微觀粒子的概率呈現。

不確定性原理。由海森堡提出，在量子系統(tǒng)里，微觀粒子的位置和速度不能同時確定。

互補原理?；蛘哒f波粒二象性，微觀粒子可以表現為粒子行為，或者波動行為，但不能同時表現為粒子和波動行為。

總結

量子力學發(fā)展了一百多年，至今科學家也無法詮釋量子世界那些詭異現象的本質，但科學家們可以肯定的是那些詭異現象，比如說量子糾纏，量子隧穿效應，疊加態(tài)等確實存在，并能夠利用那些現象為我們所用。

也就是說，對于量子力學，科學家也是“知其然不知其所以然”。不過，主流科學界認同哥本哈根詮釋。

最后，物理學界四大神獸，除了薛定諤的貓之外，還有芝諾的龜，拉普拉斯獸，麥克斯韋妖。

完！