今天要给大家讲一个科学史上最著名的思想实验——薛定谔的猫。这是一个把量子力学应用到宏观世界时出现的神奇悖论。
神奇的量子世界：叠加态和本征态
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。最初玻尔在解释氢原子时，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。
马克斯·波恩
比如波函数ψ(r，t)表示一个随着位置r和时间t演化的波函数，那么|ψ(r，t)|2就表示在位置r和时刻t找到粒子的概率。玻尔等人认为这种观点是正确的，人们把这种对于波函数和量子力学基本问题的解释称为“哥本哈根诠释”。
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，不能确定一个粒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，它就处于衰变和未衰变的叠加态。
我们要知道这个粒子到底处于A还是处于B，或者要知道一个原子核到底衰变了没有，就需要进行观测。我们可能发现粒子在A处，也可能发现粒子在B处，我们称为“叠加态坍塌成了本征态”。似乎我们的观测是会影响结果的，因为在观测之前，粒子究竟在哪里是不确定的，而观测之后，粒子立刻选择了A位置或B位置，这个过程就是在我们观测的一瞬间发生的。而且从此之后，粒子的状态就确定了。
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，我们也知道这杯酒只可能是啤酒或者葡萄酒，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。现在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。
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。
薛定谔的猫
奥地利物理学家埃尔温·薛定谔是量子力学的奠基人之一。他在1926年提出了薛定谔方程，用以描述量子态的波函数随着时间的演化，并获得诺贝尔奖。
薛定谔
但是，他却认为量子力学并不是一个完备的理论。尤其是在宏观世界中会有许多与量子力学相违背的事实。他为了把这个事实描述得更加清晰，就提出了薛定谔的猫——这个最让物理学家们头疼的思想实验。
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1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，旁边的探测器就会探测到，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，必须排除外界的任何干扰，因此人们无法观测。
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得粉碎。
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。
平行世界
那么，“薛定谔的猫”究竟该如何解释呢？现在的科学界对此还没有统一的观点。有些科学家甚至提出了许多神奇的理论来解释它。
1957年，科学家休·艾弗雷特提出了著名的“多重宇宙”。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。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。
这种想法多么的神奇！科幻作者们为此欣喜若狂，一大批科幻小说和电影都通过这个理论演绎平行世界的精彩故事，比如《彗星来的那一夜》就是部不错的电影。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！”
费曼
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