薛定谔的貓，物理學上的“四大神獸”之一，是薛定谔提出的思想實驗，實驗的目的是為了質疑諷刺以波爾首位的各奔哈哥學派關于量子世界的不确定性和疊加态原理。

在講述具體實驗之前，說點題外話，方便我們更好地理解實驗本身。

先簡單說說量子力學。

量子力學有一個核心思想，那就是是不确定性原理，由此還可以引申出波函數概率诠釋。該如何理解不确定性原理和波函數呢？

用宏觀世界的例子或許更容易理解。

你我都玩過抛硬币的遊戲，用正面或反面決定輸赢。空中扔一枚硬币，然後雙手蓋住，硬币究竟是正面還是反面呢？

我們不能确定，但這裡的“不确定”并不是量子力學中的“不确定性”。雖然我們不知道硬币是正面還是反面，但其實正面還是反面是确定的，隻不過我們不知道而已。隻需要觀測一下就知道了。

不同之處就在于此。

宏觀世界裡，你的觀測行為并不能影響硬币到底是正面還是改變，無論你觀測與否，硬币的狀态都早已經确定下來了。不是正面就是反面，正面反面的概率都是50%，這是經典物理的解釋。

但在量子世界裡，在你觀測之前，硬币的正反面是真的不确定，隻能用概率來描述。按照量子力學诠釋，不确定性是一種内在秉性，本身的固定屬性，與觀測沒有任何關系。

宏觀世界裡的“不确定”隻是因為你沒有看見，所以才不确定是正面還是反面。但是硬币的正反面在你用手蓋住的那一刻就确定下來了，與你看不看沒有關系。

但量子世界就不一樣了，由于不确定性是微觀粒子的固有屬性，真的是不确定的。還拿剛才的硬币舉例子，就相當于硬币在你中不斷地進行正反面變換。而當你打開手掌的那一刻，硬币的狀态就确定了，也就是物理學上的波函數坍縮了（這樣通俗的理解其實并不嚴謹，目的是讓你更好地對比宏觀世界和微觀世界）。

按照量子力學，更嚴謹​的​诠釋是這樣的：那枚硬币的反面和正面是同時朝上的！當然我們在宏觀世界不可能看到這種現象，但在微觀世界的微觀粒子确實是真實存在這種現象的，這就是疊加态。

也就是說，硬币處于正面和反面的疊加态。

量子力學裡的疊加态并不是物理學家拍腦門臆想出來的，而是由數學的推導過程，叫做“态疊加原理”。

這裡需要強調一點，波函數其實是一個假設，在這個假設的基礎上可以推算出量子世界的一些原理，在假設的基礎上進行推理有意義嗎？萬一假設本身就是錯的呢？

這點科學家早有想到，而且科學原理都是通過這種方式推算出來的。首先是假設，然後通過各種實驗來驗證這種假設，如果實驗支撐了假設，就證明假設是值得信任的。這也是科學産生的基本邏輯，也是為什麼說科學是“可證僞的”。

波函數和态疊加原理就是如此，起碼到目前為止，很符合實驗的觀察驗證。

用波函數诠釋量子世界就比較容易了。比如電子的自旋方向，是同時向上向下的。還有電子的具體位置，有可能在A點，也有可能在B點，還有可能同時在A點和B點。

明白了這點，再解釋電子雙縫幹涉就比較容易了。電子同時通過兩條狹縫，自己和自己發生了幹涉。

看到這裡，是不是有點懵逼？

别氣餒，不僅僅你懵逼，愛因斯坦和薛定谔等物理界大佬也很難接受。于是就有了薛定谔的貓這個思想實驗，這個實驗具體是這樣的。

假設有一個封閉的箱子，箱子裡有一隻活着的貓，放射性物質，毒氣瓶，一個開關，一個錘子。

我們都知道放射性物質的衰變是随機發生的，按照剛才的疊加态原理，放射性物質處于衰變和不衰變的疊加态。

如果放射性物質衰變了，開關就會啟動，錘子落下打碎毒氣瓶，然後貓就被毒死了。

根據以​波​爾為首的哥本哈根诠釋，放射性物質處于衰變不衰變的疊加态，那麼開關也就處于開和關的疊加态，接下來毒氣瓶也處于打碎和沒打碎的疊加态，于是貓就處于生和死的疊加态。

于是，一隻“既死又活”的貓就這樣誕生了。

而隻有你打開盒子之後，才能決定貓的生死。注意，這裡用的是“決定”而不是“看到”！

一隻“既死又活”的貓？

薛定谔對着波爾等人“呵呵”一笑：你這不是跟我扯呢嗎，怎麼可能存在既死又活的貓呢？你的什麼不确定性和疊加态一點也不靠譜。

波爾等哥本哈根學派的物理學大佬當然不肯認輸，他們有自己的解釋。

波爾就表示，所謂的測量和觀察完全就是兩碼事。觀察太有強烈的人類意識，而測量就沒有，比如說實驗中的開關，就是用來測量有沒有發生衰變。隻要有了開關的存在，就意味着放射性物質的疊加态已經不存在了，已經坍縮了。以後的問題就與量子力學無關了，都屬于宏觀的經典事件了。

說白了，開關的存在就是一種測量。貓的生死與人們的觀察與否沒有關系。

還有一種解釋是隐變量理論。說量子力學是不完備的，一定存在着某種未知的隐變量，才導緻量子世界會出現所謂的“疊加态”。

我們需要注意到一點：箱子裡到底有什麼？除了有宏觀的可見物質，還充滿了各種的微觀粒子。

另外一種解釋就是所謂的“意識導緻波函數坍縮”，也就是人們的意識會影響決定微觀粒子的行為。這種觀點大多來自網絡上，不建議大家往這方面考慮，這種觀點其實也是“民科”的一種體現。

随着量子力學的不斷發展，科學家們提出了新的理論來诠釋波函數坍縮和薛定谔的貓，那就是“退相幹原理”。

還拿薛定谔的貓解釋“退相幹原理”。不知道你有沒有注意到，薛定谔的貓中問題的關鍵就在于：波函數為什麼發生了坍縮呢？到底是什麼導緻波函數坍縮呢？

不要提意識，這太虛了，而且帶有強烈的哲學色彩。

我們需要注意到一點：箱子裡到底有什麼？除了有宏觀的可見物質，還充滿了各種的微觀粒子。

退相幹性認為，量子的相幹性會因為外部環境的影響産生量子糾纏現象，然後随着時間慢慢消失。

簡單說，就是環境中的微觀粒子會影響到箱子中放射性物質的疊加态，使其不再具有疊加态，擁有了宏觀物體的特性。

從微觀世界的性質退化到宏觀世界的性質的過程，就是“退相幹”，這個過程所需的時間就是退相幹時間。

到這裡，或許你也感受到了什麼。

沒錯，我們的宏觀物體也有疊加态（不确定性），隻不過退相幹的時間太短了，我們根本感受不到而已！

退相幹原理最初是由德國物理學家澤賀在1970年提出來的，最開始沒有引起太大的注意。直到二十多年後，法國科學家阿羅什證明了退相幹的存在，并因此獲得了諾貝爾物理學獎，退相幹原理才越來越多地被外界接受認可。

但退相幹原理并不完美，雖然它能诠釋思想實驗薛定谔的貓，但并沒有解釋真正的内在機制。也就是說，沒有解釋“環境中的微觀粒子到底是如何影響到放射性物質的？”，“微觀粒子為什麼可以讓放射性物質坍縮為本征态？”

這個問題直到今天也沒有完美的诠釋。

但是我們應該明白一點，理論上任何問題都不會有最終的完美答案。就像哥德爾的不完美原理一樣，當我們試圖證明一個不完備的理論時，需要用到新的假設，這樣就産生的新的不完備。

但無論如何，科學就是這樣一步步向前發展的。

最後不得不感歎，當初薛定谔提出“薛定谔的貓”這個思想實驗的目的，就是為了諷刺質疑各奔哈哥學派的疊加态和不确定性，沒想到最終成為了推動量子力學發展的工具，讓物理學家們驗證了疊加态确實是存在的！

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終成為了推動量子力學發展的工具，讓物理學家們驗證了疊加态确實是存在的！

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