最近有粉絲私信我說，想要了解一下神奇的薛定諤的貓。如果我可以答應(yīng)的話，就可以讓他的5000位親戚都關(guān)注我。

這種事情當(dāng)然是義不容辭了，你們可能認(rèn)為我虛偽，其實(shí)我對(duì)粉絲沒有興趣，我從來都不讓別人關(guān)注我。

我從小的夢想就是能擁有5000位以上的親戚，然后一起互相幫助。

如果可以的話，就組建一個(gè)像老馬那樣的普通家庭。偶爾像老劉一樣去菜市場買個(gè)菜。

這就是我這種長得跟老古一樣平平無奇的人這一輩子的宿命了

至于漲粉嘛，那只是順便的事

好吧，言歸正傳，今天的話題是物理學(xué)界的四大神獸之一，薛定諤的貓。其余的兩只將在以后的文章中談到。

至于為什么是兩只，不知大家是否還記得我前面文章中提到的阿基里斯悖論里的那只烏龜，如果不知道的話，可以回去重溫一下。

沒錯(cuò)就是那只把全人類最牛逼的英雄阿喀琉斯秒成渣渣的芝諾的烏龜。虐完阿喀琉斯之后，這只烏龜便名聲大震，從此世界便籠罩在芝諾的烏龜?shù)凝敋ぶ隆?/p>

那一天，人類終于回想起了曾一度被來它們所支配的恐怖和被囚禁于龜殼中的那份屈辱

只要我先走一步你就永遠(yuǎn)追不上我

———芝諾的烏龜

其實(shí)芝諾的烏龜在今天看起來是十分荒謬的，人怎么可能跑不贏一只烏龜呢，可是這個(gè)問題卻困擾了科學(xué)家兩千多年，沒錯(cuò)就是兩千多年。大家都知道很荒謬，卻又說不出其中的原因。直到我們偉大的爵爺牛頓降生于世，用微積分中的“極限”法攻破了時(shí)空連續(xù)性。（這里又有一個(gè)有趣的故事，關(guān)于牛頓和萊布尼茨之間的微積分的創(chuàng)立之爭。）

那么什么是薛定諤的貓呢？

很明顯，從名字上可以知道它是一位名字叫薛定諤養(yǎng)的一只貓?？墒沁@位薛定諤先生呢，并不喜歡這只貓，一心只想著讓它為科學(xué)獻(xiàn)身，為自己的科研事業(yè)貢獻(xiàn)一份力量。

那么這位薛定諤先生到底對(duì)這只貓做了什么呢？

就讓我們帶著這個(gè)問題往下看吧。

這件事還要從1927年說起，那時(shí)德國著名物理學(xué)家海森堡和丹麥著名物理學(xué)家玻爾在哥本哈根建立起了哥本哈根派，也就是當(dāng)時(shí)的正統(tǒng)學(xué)派。他們以哥本哈根解釋作為他們的理論基礎(chǔ)，建立起了堅(jiān)固的量子理論大廈。

哥本哈根詮釋包含了幾個(gè)重要的觀點(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)

測量儀器是經(jīng)典儀器，只能測量經(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)

量子論認(rèn)為，一個(gè)粒子的狀態(tài)是不確定的，波函數(shù)彌散開來，代表它的概率。但當(dāng)我們實(shí)施了觀測之后，波函數(shù)塌縮，糾纏態(tài)在觀測的干涉下塌縮成本征態(tài)，粒子隨機(jī)地取了一個(gè)準(zhǔn)確的定值出現(xiàn)在我們面前。

我們都知道，在經(jīng)典世界中，一切事物都在牛頓建立的宏觀力學(xué)體系下有序的運(yùn)轉(zhuǎn)著，小到塵埃沙礫，大到天體行星。

你現(xiàn)在說這些實(shí)體粒子卻無法測量不是扯淡嗎，我們的愛因斯坦也事這樣想的，但是人家和我們不一樣的是，人家有實(shí)力啊，不同意就去證偽。

愛因斯坦認(rèn)為物體應(yīng)該有實(shí)在的要素——準(zhǔn)確的數(shù)值和性質(zhì)，然而量子理論僅僅給出了概率 。這讓如此虔誠地信仰因果律的愛因斯坦是萬萬不能接受的，直到愛因斯坦逝世，都沒有得到結(jié)果。

而沒有說服愛因斯坦也成為了波爾一生中最大的遺憾。愛因斯坦曾在給波爾的信中提到：上帝是不擲骰子的。

在第六屆索維爾會(huì)議中，愛因斯坦向以波爾為首的哥本哈根派發(fā)起來總攻，但還是以失敗告終。

愛因斯坦重振旗鼓再次歸來，這次他還爭取到了兩位強(qiáng)有力的助手，分別是波爾多斯基和羅森。1935年3月，3人聯(lián)合發(fā)表了一篇名為《量子力學(xué)對(duì)物理實(shí)在的描述可能是完備的嗎？》，再一次對(duì)量子論的基礎(chǔ)發(fā)起攻擊。論文中以三位發(fā)起者首名字命名的“EPR詳謬”來勢洶洶，矛頭直指哥本哈根派。

EPR出臺(tái)后，薛定諤曾高興地稱贊愛因斯坦“抓住了量子論的小尾巴”。

薛定諤，奧地利物理學(xué)家，量子力學(xué)的奠基人之一。

薛定諤

為了乘勝追擊，薛定諤在1935年發(fā)表了一篇論文，題為《量子力學(xué)的現(xiàn)狀》，在論文的第五節(jié)，這位可憐的貓橫空出世，其威力遠(yuǎn)超于它的兄弟芝諾的烏龜帶來的影響，撕咬著科學(xué)家們的理智與神經(jīng)。

哥本哈根派認(rèn)為一個(gè)粒子在沒有觀測前狀態(tài)時(shí)模糊不清的，處于各種可能的混合型疊加。那么一個(gè)放射性的原子也符合這個(gè)規(guī)律，只要我們不施加觀測這一過程，它便處于衰變和不衰變的疊加態(tài)。

在論文中，薛定諤是這樣想的：

把一只貓關(guān)在一個(gè)匣子里面，這個(gè)匣子足夠大，里面有空氣，可以讓貓好好地生活在里面。匣子里還安裝了一個(gè)設(shè)置，在這個(gè)設(shè)置里面放一個(gè)會(huì)隨時(shí)衰變的原子核，比如說鈾之類的不穩(wěn)定的原子核。原子核的不穩(wěn)定性是在 19 世紀(jì)下半葉被物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)的，其實(shí)這個(gè)發(fā)現(xiàn)也是構(gòu)成量子力學(xué)的基礎(chǔ)之一。俄國著名物理學(xué)家伽莫夫曾說：「原子核衰變的過程可以用嚴(yán)格的量子力學(xué)來描述?！惯@句話的意思是，原子核的衰變和不衰變也是由波函數(shù)來描述的，具有幾率性。比如，到了下一個(gè)時(shí)刻，一個(gè)原子核衰變的可能性是 50%，不衰變的可能性也是 50%；到再下一個(gè)時(shí)刻，它的衰變可能性或許就增大了，衰變的可能性是 75%，不衰變有可能性可能只有 25% 了?？傊冀K處于衰變和不衰變的疊加態(tài)中。

匣子里除了這個(gè)會(huì)隨時(shí)衰變的原子核，還有一個(gè)蓋革-米勒計(jì)數(shù)器，它是物理學(xué)家蓋革和米勒共同發(fā)明的，它可以捕捉到原子核衰變的產(chǎn)物，一旦接觸到產(chǎn)物，它就「嘎噠」響一下，并且引發(fā)它所連接的毒氣瓶爆炸，或者也可以用手槍替代毒氣瓶，引發(fā)手槍射擊，無論用什么，都足以殺死這只貓。

說人話就是，有一個(gè)結(jié)構(gòu)巧妙的精密儀器，每當(dāng)原子發(fā)生衰變就會(huì)引發(fā)一系列的連鎖反應(yīng)，最終的結(jié)果就是打破箱子里的毒氣瓶，而同時(shí)在箱子里的還有那只生來就只為此刻的可憐的貓。

那么問題來了：這只貓到底是死了還是活著？

如果把匣子打開，發(fā)現(xiàn)這只貓是活的，那么貓就處于活的狀態(tài)；如果把匣子打開，發(fā)現(xiàn)貓已經(jīng)死了，那么貓就處于死的狀態(tài)。但是永遠(yuǎn)都不可能在打開匣子之后發(fā)現(xiàn)這只貓既不是死的又不是活的，或者既是死的又是活的這種疊加態(tài)。

但是如果是這樣的話，有意思的事情就來了，只要我們不打開箱子去實(shí)施觀測，那么原子就處于衰變/不衰變的疊加態(tài)中，但是這樣也導(dǎo)致了一個(gè)結(jié)果，那就是我們的貓?jiān)跒檫M(jìn)行觀測時(shí)也處于一種死/活的疊加態(tài)中。

薛定諤把微觀世界的原子的幽靈問題上升到了宏觀世界的層面，現(xiàn)在我們的貓也變成了幽靈，那么其他事物是否也可以變成幽靈呢，答案是顯而易見的，當(dāng)然可以！

不僅僅是貓，一切的一切，當(dāng)我們不去觀測時(shí)，都是處在不確定的疊加態(tài)，因?yàn)槭篱g萬物都是由服從不確定性原理的原子構(gòu)成，自然不能免俗。

“當(dāng)我們不去觀察時(shí)，月亮是不存在的”月亮是由粒子構(gòu)成的，如果我們不去實(shí)施觀測這一行為，那些粒子就會(huì)按照波函數(shù)彌散開來?？墒钱?dāng)我們抬頭去看月亮?xí)r，那些粒子馬上又被確定下來，形成一個(gè)月亮，似乎什么事都沒發(fā)生。

薛定諤精心設(shè)計(jì)的思想實(shí)驗(yàn)，有力地反駁了哥本哈根學(xué)派的觀點(diǎn)。

「薛定諤的貓」被討論了將近 100 年了。直到今天，大家還在一直討論。當(dāng)然，沒有人真的做過這個(gè)實(shí)驗(yàn)。如果真的去做，確實(shí)就會(huì)如薛定諤所說的，打開匣子后，會(huì)發(fā)現(xiàn)貓要么就是死的，要么就是活的，不會(huì)有人看到貓?zhí)幱谏c死的疊加態(tài)中。

半死不活的貓就到此結(jié)束了，以后有機(jī)會(huì)的話，還會(huì)說一下與它一同被列入同人堂的麥克斯韋妖和拉普拉斯獸。

歡迎關(guān)注公眾號(hào)：有趣的cold facs? 等你來玩啊。