薛定谔的猫什么意思（深层解读“薛定谔的猫”）

在人类物理学上，有著名的“四大神兽”，“薛定谔的猫”就是其中之一，它是一个思想实验，提出这个思想实验的物理学家是薛定谔，思想实验的目的是讽刺并质疑哥本哈根学派关于量子世界不确定性和叠加态原理的描述。

在讲述“薛定谔的猫”这个思想实验之前，先简单了解一下量子力学。

量子力学与我们熟知的经典力学完全不同，它的核心就是不确定性，基于这个核心，可以引申推导出很多其他概念，比如说波函数概率诠释，如何理解不确定性和波函数呢？

用量子世界直接诠释很难理解，而用宏观世界来打比方就很容易理解了。

比如说掷硬币的游戏，很多人都玩过，非常简单，抛一枚硬币，然后用双手盖住，看看应该到底是正面还是反面。

当然，在打开双手观看之前，我们并不能确定硬币的正反，也就是说，硬币的正反是不确定的。但这种“不确定”与量子力学中的不确定性有着本质区别，区别到底在哪里？

我们不知道硬币的正反，只是因为我们还没有观看，其实硬币的正反早就确定下来了，只是我们不知道罢了，在用双手盖住的那一刻就确定了，甚至没有用双手盖住之前，把硬币抛出去的那一刻就确定了。

而我们的观测行为是不会影响硬币的状态的，不管我们是否观测，硬币的正反早就确定了。这就是宏观世界里的不确定性，这种不确定性本质来讲其实是“确定的”，起码理论上是确定的，只要我们能够准确计算出掷硬币的力度，角度，同时计算出周围环境对硬币的影响，比如说风速，温度湿度，噪音等影响，即使我们不看硬币，也能够计算出硬币到底是正面还是反面。

也就是说，硬币的正反看起来是随机的，其实一点也不随机。说白了，宏观世界里的任何随机事件，本质上都不是真正的随机！

但是在量子世界里，一切都不同了。硬币的正反面是真正的不确定，硬币的状态只能用概率去描述，在我们观测之前，这种不确定性就一直存在。也就是说，量子世界里的不确定性是固有属性，与我们观测与否没有关系。

还拿掷硬币那打比方。在量子世界里，掷出来的硬币是一种什么状态呢？到底是正面还是反面呢？准确来讲，既不是正面也不是反面，而是正面与反面同时朝上！这就是量子世界里的叠加态。

这种叠加态不会出现在宏观世界，只能出现在量子世界里。正面与反面同时朝上是什么状态？我们很难想象，但这就是量子世界的本质，叠加态。这种状态并不是科学家们随便拍脑门想出来的，而是经过严格的数学公式推导出来的，也被称为“叠加态原理”。

这里有必要强调一下，波函数的描述其实是假设，在波函数假设的基础上能够推导出量子世界的很多诡异现象。你可能会质疑：假设的东西有什么意义呢？

当然有意义，因为科学的本质其实就是假设，任何科学理论都是在假设的基础上推导出来的，这就是所谓的“大胆假设，小心求证”。科学家们首先提出假设，当然不是随意进行假设，然后不断通过实验验证假设，而验证的过程就是“证伪”的过程，所以我们会说科学具有“可证伪性”，不具备“可证伪性”的就不是科学，比如说“神”或者“上帝”就不属于科学，因为它们不具备可证伪性，也就是说，你不能证明“神”或者“上帝”不存在。

波函数和叠加态原理经过不断的验证，结果表明，两者都非常符合实验结果。

而用波函数诠释量子世界里的诡异现象就变得容易多了。因为波本身就是不确定的，可以同时出现在任何地方，可以同时是任何状态，所以微观粒子的自旋方向可以同时是两个方向，也可以同时出现在两个不同的地方。

但是以薛定谔和爱因斯坦为首的“经典物理学”代表人物，无论如何都很难接受波函数和叠加态原理，也就是量子力学中的不确定性，于是就有了物理学史上著名的思想实验“薛定谔的猫”。

相信很多人都听说过这个实验，简单讲，把一只猫，放射性元素，毒气瓶，开关，锤子放到一个密闭的箱子里，反射性元素的衰变与否可以控制开关，而开关控制着锤子，开关打开时锤子落下砸碎玻璃瓶，释放毒气，把猫毒死。

如果放射性元素没有衰变，开关就不会打开，锤子不会落下，毒气瓶也不会被砸碎，猫就不会死。

而根据量子力学中的不确定性和叠加态原理，放射性元素其实同时处于衰变与不衰变的叠加态，于是开关同时处于开与关的叠加态，最终的结果就是猫处于“生与死”的叠加态，说白了那只猫处于“既死又活”的状态。

而当我们想知道“既死又活”的猫到底是一只什么样的猫时，必须进行观测，而在我们观测的瞬间，猫就会从“既死又活”的状态坍缩为“要么死，要么活”的状态，也就是说我们的观测行为决定了猫的生死，并不是仅仅看到猫的生死。

当然，地球人都知道，现实中绝不可能存在一只“既死又活”的猫，因此薛定谔就利用这点反驳量子力学中的不确定性和叠加态原理。

以玻尔为首的哥本哈根学派当然不甘示弱，提出了自己的见解。认为在我们观测之前，放射性元素早就发生了坍缩，比如说开关本身就是用来测量的，只要有开关存在，或者说只要有宏观物体存在，就会有观测行为发生。观测，并不仅仅指“人类用眼睛看”！

实际上，这就是所谓的“退相干原理”，退相干诠释了波函数为什么会坍缩。

何为退相干？通俗来讲，量子世界的属性退化到宏观世界的属性的过程，就是退相干，也就是量子世界的相干性退出了。这个过程就是退相干时间。

还拿薛定谔的猫来说明，虽然箱子密封起来，但其实箱子里充满了各种物质，不仅仅有猫，瓶子，开关，锤子，还有各种辐射，空气，尘埃等，这些物质都会影响到放射性元素的叠加态。意味着随着时间推移，放射性元素的叠加态会慢慢消失，最终退化到只会拥有宏观世界的特性。

或许此时的你已经感受到了什么：其实我们的宏观世界也具有不确定性，也就是叠加态，只是因为宏观世界的退相干时间实在太短了，以至于我们根本无法察觉到叠加态。

虽然退相干原理能够诠释薛定谔的猫，但其实它并没有诠释其中的本质，也就是说，我们仍然不知道波函数坍缩的内在机制到底是什么，周围环境中的物质为什么会影响放射性物质的衰变与否？底层逻辑到底是什么？我们不得而知。

但这就是科学，也是科学的魅力所在。因为科学的本质就是假设，意味着任何问题都不可能有完美的答案，这也是哥德尔的不完美原理的具体表现，任何理论都是不完备的，当我们试图证明一个不完美的理论时，一定会提出新的假设，而新的假设意味着新的不完备，我们又需要更多的假设来证明新的假设。