薛定諤的貓是奧地利著名物理學(xué)家薛定諤于1935年提出的一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，是把微觀領(lǐng)域的量子行為擴(kuò)展到宏觀世界，試圖從宏觀尺度闡述微觀尺度的量子疊加原理的問題。

實(shí)驗(yàn)過程如下：

把一只貓放進(jìn)一個(gè)封閉不透明的箱子中，箱子里面放上一個(gè)放射性原子（衰變概率為50%），一個(gè)粒子探測(cè)裝置，一瓶劇毒物質(zhì)，一把錘子。如果放射性物質(zhì)發(fā)生衰變，粒子探測(cè)器就能接收到衰變放射出的粒子，然后發(fā)出信號(hào)讓錘子打碎裝著劇毒物質(zhì)的瓶子，這樣貓就必死無疑，如果粒子不衰變，貓就會(huì)活著。也就是說貓的狀態(tài)由粒子是否衰變決定的。

根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)，在盒子里必將發(fā)生這兩個(gè)結(jié)果之一，而外部觀測(cè)者只有打開盒子才能知道里面的結(jié)果。在量子的世界里，當(dāng)盒子處于關(guān)閉狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)則一直保持不確定性的波態(tài)，即貓生死疊加。貓到底是死是活必須在盒子打開后，外部觀測(cè)者觀測(cè)時(shí)，物質(zhì)以粒子形式表現(xiàn)后才能確定。

薛定諤提出此思想實(shí)驗(yàn)的初衷并不是要證明什么，而是表達(dá)對(duì)波恩統(tǒng)計(jì)解釋的不滿，并對(duì)哥本哈根詮釋進(jìn)行諷刺，只不過無心插柳柳成蔭......薛定諤用貓實(shí)驗(yàn)將微觀和宏觀聯(lián)系在了一起，把量子行為拓展到了宏觀世界，以此求證觀測(cè)介入時(shí)量子的存在形式。但是，此實(shí)驗(yàn)成功地使問題從討論微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理，客觀規(guī)律不以人的意志為轉(zhuǎn)移，貓既活又死違背了宏觀世界的邏輯思維。

作為物理學(xué)四大神獸之一，薛定諤的貓的誕生備受爭(zhēng)議，也是目前唯一幸存的一只神獸。隨著量子物理學(xué)的發(fā)展，薛定諤的貓還延伸出了平行宇宙等物理問題和哲學(xué)爭(zhēng)議。各類學(xué)者不斷努力試圖做出宏觀下薛定諤貓的實(shí)驗(yàn)，卻無法看到怎樣去檢測(cè)是否存在多重宇宙，只能證明量子力學(xué)的隨機(jī)并不是決定論。

以上是簡(jiǎn)單的介紹，如果需要進(jìn)一步詮釋，需要涉及量子力學(xué)的知識(shí)。這里需要引入一個(gè)概念——疊加態(tài)

（一）疊加態(tài)

量子世界區(qū)別于宏觀世界的顯著特點(diǎn)是，在量子的世界里，確定性被不確定性（概率）取代了，無論是粒子的位置、能量還是速度，都處于一種不確定的狀態(tài)之中。

我們中學(xué)就已經(jīng)學(xué)過『電子云』理論，它是原子結(jié)構(gòu)模型發(fā)展研究到今天的產(chǎn)物。以氫原子為例進(jìn)行簡(jiǎn)單詮釋：氫原子是由原子核和核外的一個(gè)電子組成的，電子會(huì)圍繞原子核高速運(yùn)動(dòng)。最初波爾在解釋氫原子時(shí)，認(rèn)為氫原子的電子存在不同的軌道。但是他發(fā)現(xiàn)這種理論只對(duì)氫原子有效，稍微復(fù)雜一點(diǎn)的原子都無法解釋。后來的研究表明：電子并不存在確定的軌道，他的空間位置是隨機(jī)的，于是人們畫出了電子云，表示氫原子中的電子出現(xiàn)在各個(gè)不同位置的概率。

在德布羅意提出物質(zhì)波的概念之后，波恩通過概率說解釋了物質(zhì)波和波函數(shù)的含義：波函數(shù)表示量子系統(tǒng)中某個(gè)事件的概率。

例如：波函數(shù)

表示一個(gè)隨著位置r和時(shí)間t演化的波函數(shù)，那么

就表示在位置r和時(shí)刻t找到粒子的概率。波爾等人認(rèn)為這種觀點(diǎn)是正確的，人們把這種對(duì)于波函數(shù)和量子力學(xué)基本問題的解釋稱為哥本哈根詮釋。

因?yàn)榱孔酉到y(tǒng)的概率詮釋，我們?cè)跊]有進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，不能確定一個(gè)例子的位置和速度等信息，因此量子系統(tǒng)就處于一種『疊加態(tài)』。例如粒子既可能在A處，也可能在B處，它就處于A和B兩處的疊加態(tài)；一個(gè)原子核可能衰變也可能沒有衰變，它就處于衰變和未衰變的疊加態(tài)。

這個(gè)粒子到底處于A還是處于B，或者原子核到底有沒有衰變，就需要進(jìn)行觀測(cè)。我們可能發(fā)現(xiàn)粒子在A處，也可能發(fā)現(xiàn)粒子在B處，一旦確定了，則該粒子由疊加態(tài)坍塌成了『本征態(tài)』。似乎，我們的觀測(cè)是會(huì)影響結(jié)果的，因?yàn)樵谟^測(cè)之前， 粒子究竟在哪里是不確定的，而觀測(cè)之后，粒子立刻選擇了A位置或B位置，這個(gè)過程就是在我們觀測(cè)的一瞬間發(fā)生的。而且從此之后，粒子的狀態(tài)就確定了。之所以比較難以理解，是因?yàn)槲覀兛吹降暮暧^世界不是疊加態(tài)，而是處于本征態(tài)，我們的思維習(xí)慣了這種宏觀層面上的理解。

（二）薛定諤的貓的誕生

由于量子力學(xué)中有太多與我們的常識(shí)認(rèn)知相違背的結(jié)論，所以許多科學(xué)家對(duì)量子力學(xué)產(chǎn)生了懷疑，這也導(dǎo)致一些人認(rèn)為量子力學(xué)是一個(gè)不完備的理論，它只是一個(gè)更深刻的物理結(jié)論的某一個(gè)側(cè)面，包括量子力學(xué)的許多創(chuàng)立者，如愛因斯坦說“上帝不擲骰子”，薛定諤也提出了薛定諤的貓。

薛定諤認(rèn)為量子力學(xué)并不是一個(gè)完備的理論，尤其是在宏觀世界中會(huì)有許多與量子力學(xué)相違背的事實(shí)。他為了把這個(gè)事實(shí)描述的更加清晰，就提出了薛定諤的貓這個(gè)最讓物理學(xué)家們頭疼的思想實(shí)驗(yàn)。由于量子系統(tǒng)處于疊加態(tài)，因此在人們沒有打開盒子看的時(shí)候，這些放射性物質(zhì)處于衰變和沒有衰變的疊加態(tài)之中，這就使得這只貓?zhí)幱谝环N既活又死的疊加態(tài)之中。只有打開盒子進(jìn)行觀測(cè)，在這一瞬間疊加態(tài)會(huì)瞬間坍塌成本征態(tài)，這只貓就從一個(gè)既死又活的狀態(tài)立刻變?yōu)榛畹幕蛘咚赖呢垺?/p>

有人會(huì)這樣想，既然如此，就把盒子換成個(gè)透明的，這樣不需要打開盒子也能『悄悄』觀察貓的狀態(tài)。但需要指出的是，任何的觀測(cè)行為都會(huì)影響實(shí)驗(yàn)。比如安裝玻璃我們能夠看到內(nèi)部，這是因?yàn)橛泄馍淙肓撕凶釉俜瓷涑鰜恚@些光子就會(huì)影響量子系統(tǒng)，所以不能完成實(shí)驗(yàn)。貓要處于真正的疊加態(tài)之中，必須排除任何外界的干擾，因此人們也無法觀測(cè)。（關(guān)于觀測(cè)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的著名實(shí)驗(yàn)當(dāng)屬『雙縫干涉實(shí)驗(yàn)』，至今仍未有合理的解釋。）

這只貓的出現(xiàn)讓物理學(xué)家們抓狂了。人們差一點(diǎn)就相信了量子力學(xué)和哥本哈根詮釋，但這個(gè)美好的愿望被一只貓打擊的粉碎。

薛定諤通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)向世界闡述：量子力學(xué)只是某個(gè)更深刻物理原理的側(cè)面。

（三）平行宇宙學(xué)說

對(duì)于薛定諤的貓這一問題，現(xiàn)在的物理學(xué)界還沒有得到有效的解決方案，所以也誕生了一系列假說，比較非常著名的當(dāng)屬“多世界詮釋”（平行宇宙（parallel universes））。

1957年，科學(xué)家休·艾弗雷特提出了著名的“多世界詮釋”。他認(rèn)為：

在進(jìn)行薛定諤的貓的實(shí)驗(yàn)時(shí)，箱子里原本就有兩個(gè)世界。這兩個(gè)世界在箱子外的情況完全相同，只是一個(gè)世界里箱子里有個(gè)死貓，而另一個(gè)世界里箱子里有一只活貓，只不過這兩個(gè)世界是糾纏在一起的。當(dāng)我們打開箱子進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，這兩個(gè)世界就會(huì)發(fā)生分離，從此之后各自變?yōu)橐粋�(gè)新的世界，而且彼此毫無影響。

雖然科幻片里很多運(yùn)用這一假說演繹了各種奇幻燒腦的故事，但目前學(xué)術(shù)界普遍不認(rèn)同此觀點(diǎn)。What a pity！

除了多世界詮釋，目前的量子力學(xué)詮釋主要還包括：退相干詮釋（記得電影《彗星來的那一夜》（英文名《Coherence》）里提到了這種假設(shè)）、坍縮詮釋（又分客觀性坍縮詮釋和傳統(tǒng)的哥本哈根詮釋）、隱變量理論（主要是非局域隱變量理論例如德布羅意-玻姆理論）等等。

補(bǔ)充： （1）奧地利物理學(xué)家埃爾溫·薛定諤是量子力學(xué)的奠基人之一。他在1926年提出了薛定諤方程，用以描述量子態(tài)的波函數(shù)隨著時(shí)間的演化，并獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

（2）物理學(xué)四大神獸分別為：芝諾的龜、拉普拉斯獸、麥克斯韋妖、薛定諤的貓。

芝諾的龜代表的是是否無限可分的問題，亦成為芝諾悖論。芝諾認(rèn)為，一個(gè)人從A點(diǎn)走到B點(diǎn)，要先走完路程的1/2，再走完剩下總路程的1/2，再走完剩下的1/2……如此循環(huán)下去，永遠(yuǎn)不能到終點(diǎn)。這個(gè)問題流傳了2000多年，直到物理學(xué)家牛頓和數(shù)學(xué)家萊布尼茨創(chuàng)造出微積分后，這只千年神獸才壽終正寢。

拉普拉斯獸代表的是神創(chuàng)論與絕對(duì)論的問題。據(jù)說它誕生于1814年，能通過牛頓的簡(jiǎn)單公式輕易計(jì)算出宇宙中某個(gè)原子的過去和未來，還有畢達(dá)哥拉斯的“萬物皆數(shù)”理論作為支撐，一度認(rèn)為拉普拉斯獸獸堅(jiān)不可摧。然而相比起千年芝諾龜拉普拉斯獸還是短命了點(diǎn)，它在100多年后就被開爾文和海森堡用量子力學(xué)給打敗了。

麥克斯韋妖代表的是熱力學(xué)中第二類永動(dòng)機(jī)的問題。這是麥克斯韋想象出來的一只妖怪。他的提出主要是為了攻破永動(dòng)機(jī)，造出永生具有力量的機(jī)器，麥克斯韋妖能夠用極快的速度操控分子的運(yùn)動(dòng)，用最低限度減少過程中的能量消耗，從而達(dá)到不損耗能量也能夠獲取信息。但量子信息理論的誕生與發(fā)展，得以將麥克斯韋妖從熱力學(xué)第二定律的領(lǐng)土上驅(qū)逐出境。

薛定諤的貓代表的是微觀粒子不確定性與宏觀世界相矛盾的問題。這只超越生死的貓，至今仍活躍在量子力學(xué)的夾縫中。

（3）原子結(jié)構(gòu)模型發(fā)展歷程：

道爾頓實(shí)心球模型（1803年）： 原子是一個(gè)堅(jiān)硬的實(shí)心小球。

葡萄干蛋糕模型（棗糕模型/西瓜模型）（1904年）：由約瑟夫·約翰·湯姆生在發(fā)現(xiàn)電子的基礎(chǔ)上提出的，是第一個(gè)存在著亞原子結(jié)構(gòu)的原子模型。

盧瑟福行星模型（1911年）：原子的大部分體積是空的，電子按照一定軌道圍繞著一個(gè)帶正電荷的很小的原子核運(yùn)轉(zhuǎn)。

玻爾量子化模型（1913年）：電子不是隨意占據(jù)在原子核的周圍，而是在固定的層面上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電子從一個(gè)層面躍遷到另一個(gè)層面時(shí)，原子便吸收或釋放能量。 為了解釋氫原子線狀光譜這一事實(shí)，玻爾在行星模型的基礎(chǔ)上提出了核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型。

電子云模型（現(xiàn)代模型）：電子云模型是用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法對(duì)核外電子空間分布概率的形象描繪。用小黑點(diǎn)的疏密程度來表示空間各電子出現(xiàn)概率的大小。

電子在原子核外很小的空間內(nèi)作高速運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律跟一般物體不同，它沒有明確的軌道。根據(jù)量子力學(xué)中的測(cè)不準(zhǔn)原理（1926年海森堡提出，亦稱為不確定性原理），我們不可能同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定出電子在某一時(shí)刻所處的位置和運(yùn)動(dòng)速度，也不能描畫出它的運(yùn)動(dòng)軌跡。因此，人們常用一種能夠表示電子在一定時(shí)間內(nèi)在核外空間各處出現(xiàn)機(jī)會(huì)的模型來描述電子在核外的的運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)模型里，某個(gè)點(diǎn)附近的密度表示電子在該處出現(xiàn)的機(jī)會(huì)的大小。密度大的地方，表明電子在核外空間單位體積內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多；反之，則表明電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)少。

（4）哥本哈根詮釋（Copenhagen interpretation）是量子力學(xué)的一種詮釋。根據(jù)哥本哈根詮釋，在量子力學(xué)里，量子系統(tǒng)的量子態(tài)，可以用波函數(shù)來描述，這是量子力學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵特色，波函數(shù)是個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)，專門用來計(jì)算粒子在某位置或處于某種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的概率，測(cè)量的動(dòng)作造成了波函數(shù)坍縮，原本的量子態(tài)概率地坍縮成一個(gè)測(cè)量所允許的量子態(tài)。哥本哈根詮釋主要包括以下幾個(gè)觀點(diǎn)：

一個(gè)量子系統(tǒng)的量子態(tài)可以用波函數(shù)來完全地表述。波函數(shù)代表一個(gè)觀察者對(duì)于量子系統(tǒng)所知道的全部信息。

按照玻恩定則，量子系統(tǒng)的描述是概率性的。一個(gè)事件的概率是波函數(shù)的絕對(duì)值平方。（馬克斯·玻恩）

不確定性原理闡明，在量子系統(tǒng)里，一個(gè)粒子的位置和動(dòng)量無法同時(shí)被確定。（海森堡）

物質(zhì)具有波粒二象性；根據(jù)互補(bǔ)原理，一個(gè)實(shí)驗(yàn)可以展示出物質(zhì)的粒子行為，或波動(dòng)行為；但不能同時(shí)展示出兩種行為。（尼爾斯·玻爾)

測(cè)量?jī)x器是經(jīng)典儀器，只能測(cè)量經(jīng)典性質(zhì)，像位置，動(dòng)量等等。

對(duì)應(yīng)原理：大尺度宏觀系統(tǒng)的量子物理行為應(yīng)該近似于經(jīng)典行為。（尼爾斯·玻爾與海森堡)