什么是薛定谔的猫？

薛定谔的猫是科学史上最著名的思想实验，围绕它的争论直到现在也没有结束。这是一个把量子力学应用到宏观世界时出现的神奇悖论。

叠加态

我们知道：量子的世界非常神奇，在量子的世界里，确定性被概率取代了，无论是粒子的位置、能量还是速度，都处于一种不确定的状态之中。

例如：氢原子是由原子核和核外的一个电子组成的，电子会围绕原子核高速运动。最初波尔在解释氢原子时，认为氢原子的电子存在不同的轨道。但是他发现这种理论只对氢原子有效，稍微复杂一点的原子都无法解释。后来人们终于发现：电子并不存在确定的轨道，他的空间位置是随机的，于是人们画出了电子云，表示氢原子中的电子出现在各个不同位置的概率。

在德布罗意提出物质波的概念之后，波恩通过概率说解释了物质波和波函数的含义：波函数表示量子系统中某个事件的概率。

尽管在解释上存在许多争议，绝大多数物理学家和哲学家都承认量子力学的实在论地位，把量子力学理论所揭示的世界图景归为以下几个方面：第一，波函数是对量子系统的完备描述（对于波函数实在与否则意见不同），具有线性叠加性的波函数满足决定论演化的薛定谔方程，波函数的平方给出物理量可能取值中的某一个的概率，从而对系统的认识只能是统计性质的。比如一个粒子做匀速直线运动，它的世界线就是一条直线（空间线与时间线的合成），但是，这就假定了粒子具有确定的轨迹，这就是说粒子可以有确定的存在位置和速度，这也与量子力学格格不入，因为根据量子力学的测不准原理，位置与动量不可能同时准确的测定，这也是一个矛盾。另一种是光的波动说.我们现在知道,实际上这两者都是正确的.由于量子力学的波粒二象性,光既可认为是波,也可认为是粒子.在光的波动说中,不清楚光对引力如何响应.但是如果光是由粒子组成的,人们可以预料,它们正如同炮弹、火箭和行星那样受引力的影响.起先人们以为,光粒子无限快地运动,所以引力不可能使之慢下来,但是罗麦关于光速度有限的发现表明引力对之可有重要效应.。

更为神奇的是：因为量子系统的概率诠释，我们在没有进行观测时，不能确定一个例子的位置和速度等信息，因此量子系统就处于一种叠加态。例如粒子既可能在A处，也可能在B处，它就处于A和B两处的叠加态；一个原子核可能衰变也可能没有衰变，它就出于衰变和未衰变的叠加态。

主要思想为：用两相位差恒定的相干激光将原子基态的两超精细能级耦合到一个共同的激发态，如果两激光的频率差严格等于原子两超精细能级差对应的频率，则原子会被抽运到两个超精细能级的一个相干叠加态，即相干暗态，此时激发态上没有原子，且原子将不再吸收光子，原子被“布居囚禁”在基态的两超精细能级上，表现为其荧光光谱有一尖锐共振暗线。 基态 激发态原子 自发辐射 受激辐射 处于高能态的原子是不稳定的，其平均寿命约为10-8s （2）自发辐射： 处于高能态的粒子极不稳定，其会自发地向低能态跃迁，并发射出能量为hv e2-e1 的一个光子，这称为自发辐射。这或许是未来的通信黑科技，为保不被时代抛弃，你最好现在就学习一下什么叫量子纠缠——以双粒子为例，一个粒子a可以处于某个物理量的叠加态，能够用一个量子比特来表示，同时另一个粒子b也可以处于叠加态。

这种观点与宏观世界是相违背的。比如我们到酒吧里去喝酒，服务员为我们倒了一杯酒，可能是啤酒，也可能是葡萄酒，我们可以通过品尝知道这杯酒是什么，然而，就算我们不去品尝，我们也知道这杯酒一定要么是啤酒要么是葡萄酒，虽然我们不知道这杯酒是什么，但是服务员知道。就算服务员也不知道，我们何时品尝，或者谁来品尝，这杯酒的测量结果都不会有不同。因此宏观世界不是处于叠加态，而是处于一个个本征态的。

但是量子世界里的酒却不是这样。这杯酒处于啤酒和葡萄酒的叠加态，既有可能是啤酒，也有可能是葡萄酒薛定谔猫论。现在不光世界上任何一个人都不知道这杯酒是什么，而且在不同的时刻，不同的人来品尝这杯酒，结果都可能不同。

薛定谔的猫

由于量子力学中有太多与常识相违背的结论，所以许多人对量子力学产生了怀疑。许多人认为量子力学是一个不完备的理论，它只是一个更深刻的物理结论的某一个侧面。这其中就包含着量子力学的许多创立者，如爱因斯坦说“上帝不掷骰子”，薛定谔也提出了薛定谔的猫。

正当人们瞩目于矩阵力学的成就时,又一股更大的理论浪潮冲来.从1926年1月27日到6月23日,在短短不到五个月的时间里,薛定谔接连发表了6篇关于量子理论的论文,其内容囊括了量子理论,原子模型,物理光学,哈密顿光学,力学相似,光谱学,微扰理论等众多物理学领域,并熔阿尔伯特·爱因斯坦波粒二象性思想和德布罗意相波理论等量子理论为一炉,一举构造起集前人研究成果之大成,而在理论上严谨自洽,实际应用更为广泛有效的完整的量子力学形式体系.普朗克致信薛定谔:"我正像一个好奇的儿童听解他久久苦思的谜语那样,聚精会神地详读您的论文,并为在我眼前展现的美而感到高兴."阿尔伯特·爱因斯坦也去信大加赞赏:"我相信您以那些量子条件的公式取得了决定性的进展","您的文章的思想表现出真正的天才."玻尔认为薛定谔迈出了原子理论进展中决定性的一步,并为此深表谢忱.玻恩赞扬薛定谔的工作说：“在理论物理学中，还有什么比他在波动力学方面的几篇论文更出色的呢。主要内容包括量子力学实验基础、量子体系状态、量子体系力学量、量子力学表达形式、一维定态问题严格解、非简并态微扰论、电子自旋与角动量、全同粒子体系。2002年毕业后，在中国科大近代物理系师从潘建伟院士攻读硕士学位，在导师的指导下，他搭建了世界上第一个五光子纠缠的实验平台，在量子力学非定域性、量子隐形传态、纠缠交换等方向上取得许多重要成果，2004年，在《自然》杂志上发表了“实验实现五光子纠缠与终端开放的隐形传态”[nature 430, 54 (2004)]，一举奠定了我国在多光子纠缠操纵方面，国际领先的地位，该研究成果于2004年入选欧洲物理学会“年度国际物理学亮点（highlights of the year for 2004）”，同时入选美国物理学会“年度国际物理学重大事件（the top physics story for 2004）”，这是欧洲物理学会和美国物理学会首次将中国科学家在国内取得的研究成果选入年度亮点。

书中时常会冒出弦论、量子理力学等等物理理论，但没有专业背景的读者完全不用担心，因为作者惊人地把众多深奥晦涩的数学和物理问题形象化，做出了无数鲜活生动的比喻，让人不仅能轻松直观地理解内容，还能享受多重宇宙美妙的意境。这些假定和结论或者违背逻辑，或者违背常理，或者违背经典物理定律，或者违背物理事实。互补原理（又称：并协原理），是丹麦物理学家玻尔为了解释量子现象的主要特征——波粒二象性而提出的哲学原理,认为微观粒子同时具有波动性与粒子性，而这两个性质是相互排斥的,不能用一种统一的图像去完整的描述量子现象,但波动性与粒子性对于描述量子现象又是缺一不可的,必须把两者结合起来，才能提供对量子现象的完备描述，量子现象必须用这种既互斥又互补的方式来描述。

把一只猫关在一个封闭的铁容器里面，并放入少量的放射性物质。这些物质在一小时内有50%的概率发生衰变，还有50%的概率不发生衰变。如果物质发生了衰变，旁边的探测器会探测到，这样会通过一个装置启动一个榔头。榔头会打碎一个装有有毒物质的瓶子。瓶子里的有毒物质扩散到容器里，就会把猫毒死。如果物质没有衰变，那么有毒物质不会扩散，猫就活得好好的。

由于量子系统处于叠加态，因此在人们没有打开盒子看的时候，这些放射性物质处于衰变和没有衰变的叠加态之中，这就使得这只猫处于一种既活又死的叠加态之中。只有打开盒子进行观测，在这一瞬间叠加态会瞬间坍塌成本征态，这只猫就从一个既死又活的状态立刻变为活的或者死的猫。

有人可能会认为：不打开盒子也没关系，我们可以在盒子上安装一个玻璃看着这只猫啊。要知道：任何的观测行为都会影响实验。比如安装玻璃我们能够看到内部，这是因为有光射入了盒子再反射出来，这些光子就会影响量子系统，所以不能完成实验。猫要处于真正的叠加态之中，必须排除任何外界的干扰，因此人们也无法观测。

这只猫的出现让物理学家们抓狂了。人们差一点就相信了量子力学和哥本哈根诠释，但这个美好的愿望被一只猫打击的粉碎。

薛定谔通过这个实验向世界阐述：量子力学只是某个更深刻物理原理的侧面。

“有人认为量子力学是一幅云雾的照片，但它其实可能是一张摇晃或失焦的图片。”

平行世界

我解释到社保专业本科阶段主要是进行理论的学习，有一些人竟说：“社保有什么理论，标准都是统一制定的，社保政策每年的情况不一样，有时限限制。解释选择性因素的观点：1. 认识的连贯论（认知不和谐理论）的解释2.使用与满足理论的解释3. 可获得性（易得性）论的解释。a系统化、科学化的世界观，又是方法论b系统化、理论化的世界观，又是方法论 c科学化、理论化的世界观，又是科学化、理论化的方法论 d系统化、科学化的世界观，又是系统化、科学化的方法论 4、哲学的基本问题是（a）。

1957年，科学家休·艾弗雷特提出了著名的“多世界诠释”。他认为：在进行薛定谔的猫的实验时，箱子里原本就有两个世界薛定谔猫论。这两个世界在箱子外的情况完全相同，只是一个世界里箱子里有个死猫，而另一个世界里箱子里有一只活猫，只不过这两个世界是纠缠在一起的。当我们打开箱子进行观测时，这两个世界就会发生分离，从此之后各自变为一个新的世界，而且彼此毫无影响。

另一个就是平行世界的我们虽说不在一个世界，但是参考下《彗星来的那一夜》，不难发现平行世界中的我们彼此并不是统一的，毕竟宇宙的不同我们也不同，虽说女主最后把其中宇宙的一个她杀死想过上好的生活，但还是被其他宇宙中的识破。她从没看过正儿八经的科幻小说呢，倒是看过一些言情作者不甘于浅薄的言情，从而掺点轻科幻进去，如平行时空啊、虫洞、外星人之类的，披着科幻的外衣写言情。《肖申克救赎》在各大电影论坛都被奉为经典之作，天涯谈论电影排名第一的，也经常会提及，殊不知导演弗兰克·达拉邦特也曾执导了科幻类恐怖片《迷雾》，该片改编自著名恐怖小说家史蒂芬.金的《被诅咒的手》），史蒂芬.金的也是电影《闪灵》和《1408幻影凶间》原作者。

可是这种想法又如此不可思议，让大部分科学家不愿承认它。薛定谔的猫至今仍是一个无法完全理解的怪物。

量子力学究竟是不是完备理论？人们对它还存在很多争论。著名的物理学家、诺贝尔奖获得者、最幽默的物理学家费曼曾经说过：“我想我可以有把握地讲，沒有人懂量子力学！”

作者李永乐老师：北京大学物理与经济双学士，清华大学电子工程硕士；北京市中学物理教师/物理竞赛教练。从教十年，培养清华北大学生200余人，国际奥赛、亚洲奥赛、国家奥赛金牌十余名。“美提课堂”主讲老师。