「量子」的世界總有一些很獨特的性質(zhì)，實在是難以讓人理解，比如「光」怎么可能既是一種波又是一種粒子呢！比如一個物體怎么可能同時處于兩個不同的位置呢！比如「測不準原理」是不可能同時知道一個粒子的速度以及位置的！再比如幽靈般的「超距作用」· 兩個相距遙遠的物體竟然瞬間就能夠互相影響?！噶孔印沟氖澜缢坪蹩偸侨绱瞬豢衫碛?，其中最有名的就要當屬——「擼小貓的思想實驗」。

那是1935年一個陽光明媚的午后，薛定諤研究「量子力學(xué)」研究得有限倦怠了，便想擼個貓，于是無辜的小貓便被薛定諤關(guān)進了一個黑盒子之中，黑盒之中有一個自動化的裝置，裝置中還有一個放射性原子，這個原子有一定的機率發(fā)生衰變，衰變后會釋放射線，進而會觸發(fā)一個會殺死貓的裝置，一旦觸發(fā)這只貓將必死無疑，也就是說「貓是生還是死」，完全取決于原子是否發(fā)生衰變，而衰變與否又是有一定概率的，在這里請各位動物保護主義專家們嘴下留情，這畢竟只是一個思想實驗，薛定諤可不是什么虐貓狂魔。

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關(guān)于「薛定諤的貓」這個思想實驗，有兩種不同的觀點：

「經(jīng)典物理學(xué)」的觀點——在這個罪惡的盒子之中，貓要么是死的要么是活的，但也只有我們打開盒子以后才能知道，如果把盒子打開發(fā)現(xiàn)貓是活的，那么貓就處于活的狀態(tài)。如果把盒子打開發(fā)現(xiàn)貓已經(jīng)死了，那么貓就處于死的狀態(tài)。并且有且只有這兩種結(jié)果，這可能是我們這些凡夫俗子的通常觀點，在這種理解中，重點是貓是生還是死，在我們打開盒子以前就已經(jīng)決定了，我們打開盒子只是查看結(jié)果罷了。

「量子力學(xué)」的觀點——在這種觀點中，貓在打開盒子之前，既不是死的也不是活的，而是處于一種非生非死的生死疊加狀態(tài)，在盒子打開的一瞬間，貓是生還是死，這個狀態(tài)才能確定。甚至可以打這么一個比方，如果打開盒子發(fā)現(xiàn)貓死了，它其實并不是被裝置殺死的，而是被打開盒子的人看死的，因為它是由生死疊加的狀態(tài)變成了死的狀態(tài)，這樣一來似乎動物保護協(xié)會的愛貓人是要譴責(zé)那個把盒子打開的人了。

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如果你以前啊從來沒有了解過「量子力學(xué)」，會覺得「量子力學(xué)」似乎跟開玩笑似的，它只是一只普通的貓咪嘛，它只能死或者活，從來沒有人見過什么是一種叫做非生非死的生死疊加狀態(tài)。如果把貓換成人，那豈不是就是不死不活的了嗎？如果你還不覺得這種生死疊加的狀態(tài)有什么靈異的地方，可以再舉另外一個例子。

舉例說明：

現(xiàn)在我們在看一場精彩的足球比賽，比賽進行到了89分鐘，雙方均無進球，場上比分0:0，場面十分焦灼，此時A隊的左后衛(wèi)給了B隊前鋒一個大腿絆子，B隊獲得了一個前場25米的任意球，這個時刻所有的人屏住了呼吸，B隊的球員掄起大腿，就是一腳，皮球在空中畫出了一道美麗而又詭異的弧線，正在這千鈞一發(fā)的時刻，電視機出現(xiàn)了整塊馬賽克，聲音也全部消失，轉(zhuǎn)播器信號隨之中斷，現(xiàn)在你要預(yù)測這個球進了沒有？

如果你是一個專業(yè)的球迷，你會分析——這個球是C羅踢的還是梅西踢的，你可能還會分析門將在比賽的前一天晚上是否去了夜店等等因素。如果你是一個物理學(xué)的專家，你會分析球的受力、速度、方向、距離球門的距離，甚至草皮的摩擦力，球迷的分貝數(shù)等等。

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一般來說，當皮球離開球員的球靴之后，只要我們把上面的全部因素帶入到運動公式中，詳細地計算一下，就完全可以預(yù)測這個球到底進了沒有。有一個常識是大家都可以公認的，那就是這個球「進或者沒進」與你是否正在看電視是沒有關(guān)系的，無論進球的時候你在聚精會神地盯著電視看，或者你在上廁所刷手機，該進的球還是會進，該不進的球還是進不了，哪怕你氣得把電視機砸了，都是沒有用的。

好了說到這里，我想說的是，以上的內(nèi)容全部都是廢話，但對于上面的情況，「量子力學(xué)」的科學(xué)家會說球「進或者沒進」，直接取決于你是否正在看球。如果你看了，球要么就進了，要么就沒進，但如果你沒有看，那么球就處于「進或者沒進」的疊加狀態(tài)。當你看了電視以后，皮球就會有兩種結(jié)果，你甚至可以這么說，球并不是被踢進去的，而是被你看進去的，有時科學(xué)就是這么神奇，直覺告訴我們貓不可能既是死的又是活的，球不可能既進了門又沒進門，男神也不可能既喜歡我又不喜歡我。

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「量子力學(xué)」的世界

根據(jù)我們的日常經(jīng)驗，一個物體在某一時刻總會處于某個固定的狀態(tài)，「要么在或者不在」兩種狀態(tài)，必居其一，然而在「量子力學(xué)」的世界中情況就有所不同了。微觀粒子可以處于一種不確定的狀態(tài)中，比如說一個粒子在某個時刻的位置，完全是不確定的，或者可以這么說，在我們測量這個粒子的位置之前，這個粒子可以在這里，也可以在那里，在這里和那里有一個機率的分布，一個基本粒子可以在任何的地方，不過有些地方的概率高，有些地方的概率低罷了。

再比如，一顆電子可以是左旋的，也可以是右旋的，也可以是既處于左旋又處于右旋的狀態(tài)，兩種狀態(tài)按照一定的概率疊加。然而當我們對電子的狀態(tài)進行測量時，粒子的疊加態(tài)便不復(fù)存在了，而是坍縮成為「左旋或者右旋狀態(tài)」的其中之一。

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在微觀的世界中，到處都是這種疊加態(tài)狀態(tài)不明的粒子，可是如果我們回到宏觀世界，怎么能夠接受一只貓「不死不活死活疊加」呢？

當初薛定諤提出這個實驗的目的，就是因為他和愛因斯坦一樣，都是頑固的「量子力學(xué)」古典派分子，他們都認為世界是確定的，如果世界看起來不確定，那一定是因為我們對這個世界還不夠了解。薛定諤說，一只貓是不可能處于「生或者死的疊加狀態(tài)」的，所以「量子力學(xué)」還不夠完備，還需要接著研究。

當時關(guān)于「量子力學(xué)」的另外一個學(xué)派是尼爾斯·亨利克·戴維·玻爾(Niels Henrik David Bohr，1885年10月7日-1962年11月18日)領(lǐng)導(dǎo)的哥本哈根學(xué)派，他們則認為——世界本身就是不確定的，那只可憐又可恨的小貓就是處于「不生也不死的狀態(tài)」，而且只有當盒子打開以后才能確定。世界本身就是隨機的，就是按照不同的概率疊加在一起的。

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曠日持久的偉大爭論

一場曠日持久的偉大爭論開始了，爭論的雙方幾乎可以說是20世紀最偉大的兩位科學(xué)家.在1920年德國柏林的一個春天，愛因斯坦和波爾第1次見面以后，雖然此后兩人一直都是彼此的好朋友，但是火星撞地球般的學(xué)術(shù)沖突開始了，兩人都不認同對方的觀點，爭議的焦點之一，就是——這個世界到底是隨機的還是確定的。

先簡單把這個爭論講一下——隨機，其實就是不確定性，它主要包含兩種：

• 一種是由于信息的缺失造成的。

比如說考試成績出來之前，你的成績既可能是令人滿意的100分，也可能是令人悲傷的59分，也可能是其他任意一個分數(shù)，每個分數(shù)都有一定的概率，但是實際上對考試成績這件事情來說，它的隨機性來自于信息的缺失，如果你知道正確的答案以及評分標準，那么你就能夠知道你考了多少分。實際上當我們把卷子交上去之時，成績就已經(jīng)確定了，這種隨機其實是一種“假隨機”，只是針對你的隨機，我們之所以認為成績不確定是因為我們掌握的信息還不夠全面。

• 而另一種隨機就是真正的隨機了，是本質(zhì)上的隨機，即便你了解這個世界上的一切，你也無法判斷結(jié)果。

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舉例說明：就拿咱們上文所說的左旋或者右旋的粒子作為例子。

誰也不清楚在測量之前這個粒子是左旋還是右旋，在測量它之前，它不傾向于任何一種狀態(tài)，只能處于左旋或者右旋兩種狀態(tài)的疊加。

愛因斯坦和波爾他們爭議的焦點之一，就在于「量子」所表現(xiàn)出來的隨機性，到底是因為它本身就是隨機的，還是因為人類還不夠了解「量子」沒有發(fā)現(xiàn)事情的真相。愛因斯坦其實也算得上是「量子力學(xué)」的奠基人之一了，但他卻終生反對「量子力學(xué)」，他希望證明一件事情，那就是——「量子力學(xué)」中所謂的不確定性是由于量子力學(xué)的不完備性造成的，「量子」只是表面性地隨機，只是因為我們還沒有掌握所有的信息。

就像我們考試后因為不知道正確答案和評分標準，而無法知道自己的考試成績那樣，一些我們暫時還不知道的因素在起著重要的作用，導(dǎo)致我們無法確切地知道每一次的觀測結(jié)果，所以我們只能繼續(xù)發(fā)展「量子力學(xué)」，直到找到那些不確定性的因素，從而精準地預(yù)測。

而波爾的回答相對來說要干脆一些，「量子」看起來具有隨機性，那是因為它本身就是隨機的，隨機性就是這個世界最基本的規(guī)律之一，它只有在被觀測時才能變成確定的狀態(tài)，然而在測量的過程中為什么隨機就能變成確定，這其中發(fā)生了什么樣的事情？波爾不知道，其他人也不知道，科學(xué)家給它起了一個名字叫做——坍縮。

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1935年，愛因斯坦派出了他的小弟薛定諤提出了「薛定諤的貓思想實驗」，并借此提出一只「生死疊加態(tài)」的小貓，想借此證明波爾的理論是荒謬的。在這個實驗中，一只可憐的貓竟會處于既生又死的生死疊加狀態(tài)，對于量子尺度的物體，比如一個原子，你可以接受它是疊加的狀態(tài)，然而薛定諤把量子世界與貓這樣一個宏觀的物體糾纏了起來，從而得到貓「既不是死的又不是活的」這樣違背直覺的結(jié)果。薛定諤說貓不可能處于既是死又是活的狀態(tài)，所以「量子力學(xué)可」不是世界的最終解釋，他認為一定存在一些我們不知道的未知因素，影響了箱子中的那顆粒子，是它決定了小貓的死亡，小貓在盒子打開之前就已經(jīng)確定了生死。

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「薛定諤的貓思想實驗」一經(jīng)提出，以波爾為首的量子力學(xué)哥本哈根學(xué)派大亂，包括波爾在內(nèi)，沒有任何人相信世界上竟然還存在著“不死不活又死又活死活不明的貓”。薛定諤曾經(jīng)和波爾之間有過一場激烈的爭論，兩人如同武林高手一般，爭論了幾天幾夜，到了最后薛定諤因為體力不支而倒在了床上，波爾此時意猶未盡，還沒爭論完。于是就讓自己溫柔賢惠的妻子負責(zé)照顧薛定諤以便兩人能夠繼續(xù)爭論下去，從這件事情上我們可以看出阿波爾特別像武俠小說中的武癡，為了切磋科學(xué)知識，他甚至不介意自己的妻子與一位大名鼎鼎的花花公子薛定諤共處一室。

具有諷刺意味的是薛定諤也是「量子力學(xué)」的奠基人，他的「薛定鄂方程」是描述微觀粒子運動的最好工具，可薛定鄂的后半生也在不知疲倦地否定「量子力學(xué)」。更具有諷刺意味的是盡管「薛定諤的貓思想實驗」是為了反對「量子力學(xué)」而提出的，可是很多年以后他就間接證明了「量子力學(xué)」的正確性。

如果科學(xué)家能夠證明那種生死疊加狀態(tài)的貓是存在的話，那么波爾的學(xué)說就是正確的，然而生死疊加的狀態(tài)的貓存在與否，我們說了不算，甚至愛因斯坦、波爾和薛定諤說了也不算，一切還要看實驗的結(jié)果。

圖解：薛定鄂方程

糾纏態(tài)的「量子疊加態(tài)」

從上個世紀開始，實驗物理學(xué)家們做了一系列的實驗，人們發(fā)現(xiàn)真理的天平逐漸地倒向了波爾。

1999年，維也納大學(xué)的兩位科學(xué)家成功地讓一個由60個原子構(gòu)成的分子產(chǎn)生了疊加作用，后來他們還成功地讓一個包含了430個原子，直徑達到6納米的有機分子展示出了「量子波動性」。這已經(jīng)是和蛋白質(zhì)大小相當?shù)牧孔游矬w了，實驗中有機分子同時通過了多條狹縫，也就是處于不同位置的疊加狀態(tài)，目前人類已經(jīng)能夠讓肉眼可見的物體處于疊加狀態(tài)了。

2011年，牛津大學(xué)的物理學(xué)家成功地用激光脈沖，在兩塊相距15厘米、直徑為3毫米的金剛石體中激發(fā)出了糾纏態(tài)的「量子振動」，這些可以說是縮小版本的薛定鄂的貓。

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如今已經(jīng)可以讓一些巨大的物體放大到量子疊加態(tài)里面了，比如說大約1.6億個光子就可以同時處于不同的疊加態(tài)中，一個超導(dǎo)體可以實現(xiàn)同時向左流或者向右流的電流。然而「薛定諤的貓思想實驗」都是沒有生命的，所以問題依然還存在，那就是真正有生命的貓會處于生或者死的疊加狀態(tài)嗎？

答案：不會的！

因為一只貓盡管有可能會被裝置殺死，但是之前我們需要保證它的周圍有空氣，這樣前提它存在、前提是貓是活的，物理學(xué)家們發(fā)現(xiàn)只要貓和環(huán)境有接觸，就不可能同時處于生或者死的狀態(tài)，這里需要用到其他的「量子理論」了，比如「退相干理論」。

聽到這里您可能會覺得燒腦、眩暈、不懂、不知所云。的確啊，「量子力學(xué)」從它誕生的那一天起，就在挑戰(zhàn)我們的認知，不僅我等凡夫俗子找不到北，大科學(xué)家同樣也暈，諾貝爾物理學(xué)家得主費曼曾經(jīng)說過——

“沒有人懂「量子力學(xué)」?！?/p>

量子論的創(chuàng)始人之一波爾也說過——

“如果誰不為「量子力學(xué)」感到困惑，那就是你不懂「量子力學(xué)」?！?/p>

所以說，如果您感覺本文燒腦、眩暈、不懂、不知所云，這是一件好事。恭喜您，您已經(jīng)是懂得一點「量子力學(xué)」了。

圖解：快速入門量子力學(xué)，看這圖就夠啦！

黃媂結(jié)語·「擼小貓的思想實驗」

「擼小貓的思想實驗」是一個放大「量子力學(xué)」不確定性的思想實驗，盡管這個實驗不可能在貓的身上成功地實現(xiàn)，但是卻在其他的宏觀物體上實現(xiàn)了。薛定諤當年為了駁倒「量子力學(xué)」中的哥本哈根學(xué)派，可到頭來經(jīng)過實驗物理學(xué)家的長期努力，倒是支持了波爾的學(xué)說，對這個學(xué)說您可能有點不太接受，那是因為在這個學(xué)說中世界是不確定的。



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