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物理學(xué)上有四大神獸，其中最著名的一個(gè)，莫過于是薛定諤的貓。 作為討論量子力學(xué)就不可能繞過的話題，薛定諤的貓的名氣已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了量子力學(xué)的范圍。當(dāng)然了，有些人只不過是拿它來開玩笑。但是還有更多的人，自以為了解薛定諤的貓，實(shí)則有著非常大的誤解。那么，薛定諤的貓到底是什么意思呢？它為何還和愛因斯坦有關(guān)呢？  事情還要說回到1935年。 當(dāng)時(shí)的量子力學(xué)已經(jīng)成型，但是仍然有一些物理學(xué)家對此十分懷疑，其中最著名的一個(gè)，就是愛因斯坦。在索爾維會(huì)議上，愛因斯坦和玻爾就量子力學(xué)的問題展開過激烈的爭辯，最終仍然誰也不服誰。愛因斯坦放出狠話：“上帝不擲骰子！” 這句話已經(jīng)成為了流傳后世的名言，但是就像薛定諤的貓一樣，被大部分人所誤解。 愛因斯坦反對量子力學(xué)嗎？  其實(shí)并不。如果愛因斯坦是全盤否認(rèn)量子力學(xué)，他當(dāng)初就不會(huì)利用光量子假說來解釋光電效應(yīng)。 實(shí)際上，愛因斯坦只是對于量子力學(xué)中的一些說法比較反感，比如測量會(huì)改變量子狀態(tài)這種事，其集中表現(xiàn)就在于一點(diǎn)——疊加態(tài)的坍縮。 疊加態(tài)到底是什么意思呢？我們一會(huì)再說。大家暫且還是按照自以為的原理來理解，我們繼續(xù)把故事說下去。 一個(gè)好漢三個(gè)幫，愛因斯坦也不例外。1935年，他和其他幾個(gè)反對量子力學(xué)的朋友們一起，發(fā)表論文反對量子力學(xué)中的概率問題。他們洋洋自得，認(rèn)為這一次的攻擊會(huì)讓堅(jiān)信量子力學(xué)的哥本哈根學(xué)派繳械投降。  （圖片說明：量子力學(xué)的領(lǐng)軍人玻爾） 與此同時(shí)，愛因斯坦的另一個(gè)支持者也站了出來，他就是薛定諤。盡管提出了量子力學(xué)中重要的 薛定諤方程，但薛定諤同樣對量子力學(xué)中所謂的概率嗤之以鼻。長期以來，薛定諤和愛因斯坦兩個(gè)人就在大西洋兩岸不斷書信往來，隔著數(shù)千公里對量子力學(xué)表示著彼此的同仇敵愾，同時(shí)還互相出謀劃策。 在1935年發(fā)表了論文之后，愛因斯坦還在給薛定諤的書信中出了一個(gè)主意，那就是設(shè)計(jì)一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，能夠把微觀尺度所謂的疊加態(tài)擴(kuò)展到宏觀尺度，就可以看出它的荒謬來。為此，愛因斯坦設(shè)計(jì)了幾個(gè)雛形，比如處于“爆炸和不爆炸疊加態(tài)的炸藥”，或是“打開盒子發(fā)現(xiàn)里面有球或者沒有球的疊加態(tài)”。最終，在愛因斯坦的啟示下，薛定諤將宏觀物質(zhì)換成了貓，于是這只量子力學(xué)神獸就此誕生。  為了方便下面的講解，我們再詳細(xì)介紹一下這只神獸。 在一個(gè)完全封閉的盒子里，有一只喵大王，還有一套復(fù)雜的裝置。裝置中有一個(gè)放射性原子，其衰變的概率為50%。如果它衰變，就會(huì)釋放出一個(gè)α粒子，這個(gè)α粒子會(huì)觸發(fā)電子開關(guān)，進(jìn)而導(dǎo)致它控制的一個(gè)錘子落下，恰好砸碎一個(gè)裝有劇毒氰化物的瓶子，將貓毒死。 于是薛定諤指出：既然這個(gè)原子處于衰變和不衰變的疊加態(tài)，那么整個(gè)裝置都處于疊加態(tài)，貓本身也處于疊加態(tài)。雖然打開盒子之后能清楚地看見貓是死是活，但是只要不打開盒子，那么貓就處于既死又活的疊加態(tài)。  顯然，這個(gè)世界上不可能出現(xiàn)一只既死又活的貓，由此可以證明量子力學(xué)的疊加態(tài)是多么荒謬。 和愛因斯坦一樣，薛定諤在發(fā)表這篇論文的時(shí)候，也是十分得意，自以為能夠讓玻爾等人俯首稱臣。看到這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，愛因斯坦也忍不住拍案叫絕，為了自己陣營里能有薛定諤這樣的人才而慶幸。他們?nèi)f萬想不到，這個(gè)讓他們引以為豪的“杰作”非但沒有推翻量子力學(xué)，反而在后人的誤解之下成為了量子力學(xué)的代表。 實(shí)際上，直到今天，科學(xué)家們?nèi)匀辉跔庌q薛定諤的貓到底哪里出了問題。如今，量子力學(xué)的地位已經(jīng)不容置疑，疊加態(tài)也已經(jīng)被廣泛承認(rèn)。但另一方面，一只貓也不可能同時(shí)既是死的又是活的。顯然，這一定是中間的環(huán)節(jié)出了問題。  不過，這里我們要注意一點(diǎn)：疊加態(tài)的貓真的是既死又活嗎？ 這就是大家對于疊加態(tài)的誤解。網(wǎng)絡(luò)上有人傳播冷知識，說在量子領(lǐng)域，一個(gè)粒子可以同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)地方，這就是疊加態(tài)。可以說，這樣的人完全不懂得什么叫做疊加態(tài)。 科學(xué)家做了一個(gè)比喻非常貼切：假設(shè)你的面前有一個(gè)硬幣，它沒有老老實(shí)實(shí)地躺在那里，而是不斷地旋轉(zhuǎn)。如果你用手拍它，它就會(huì)馬上倒在地上，這時(shí)你就能知道它是正面朝上還是背面朝上。但是，如果你任由它繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，那么它就好像是量子領(lǐng)域的疊加態(tài)。你不可能說這枚硬幣處于正面和背面都朝上的疊加態(tài)，因?yàn)樗皇莻?cè)面朝上。  同理，量子領(lǐng)域中的微觀粒子并非同時(shí)存在于兩個(gè)地方，而是完全屬于另一個(gè)狀態(tài)。放在薛定諤的貓思想實(shí)驗(yàn)中，這只貓不是既死又活的狀態(tài)，而是既沒有死也沒有活的狀態(tài)。 從這個(gè)角度來講，愛因斯坦的那個(gè)比喻也比薛定諤的貓更加接近疊加態(tài)。他說上帝不擲骰子，其實(shí)這個(gè)旋轉(zhuǎn)的骰子就相當(dāng)于剛才那個(gè)例子中的旋轉(zhuǎn)硬幣一樣，至于哪一面朝上，要等它停止旋轉(zhuǎn)才可以。而在量子領(lǐng)域，這些“骰子”或者“硬幣”永遠(yuǎn)都處于“旋轉(zhuǎn)”的狀態(tài)，而人們的觀測就像是你去拍那枚硬幣，是使它停止“旋轉(zhuǎn)”的一個(gè)動(dòng)作。玻爾等人相信，當(dāng)我們?nèi)ビ^測這些微觀粒子的時(shí)候，它們就會(huì)從疊加態(tài)坍縮到本征態(tài)，也就是有一個(gè)確定的屬性。  而愛因斯坦所反對的，正是這一點(diǎn)：什么叫觀測？難道粒子長眼了、知道有人類在看自己？宇宙又是怎么知道自己被觀測了的？我有沒有用眼睛看它，對它又有什么實(shí)際影響呢？ 因此，愛因斯坦不相信粒子的疊加態(tài)，是不相信這種不確定的狀態(tài)。他認(rèn)為：我們之所以認(rèn)為它們處于疊加態(tài)，不觀測就不知道它們在哪里，是因?yàn)樽约旱目茖W(xué)水平還不夠。這就像以前的天文學(xué)家看見水星運(yùn)行時(shí)詭異的進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象，以為有一顆更靠近太陽的行星在干擾。但實(shí)際情況是，當(dāng)物理學(xué)發(fā)展到一定程度，就能夠完美解釋水星進(jìn)動(dòng)的問題，而這個(gè)問題正是他本人利用廣義相對論給徹底解決的（這是我自己舉的例子，不是愛因斯坦舉的）。  打個(gè)更通俗的比方：愛因斯坦認(rèn)為，所謂量子力學(xué)的概率問題，就相當(dāng)于一個(gè)人考試時(shí)做選擇題，明明不知道答案，卻理直氣壯地說A有40%概率是對的，B和C對的概率各有30%——這個(gè)回答自然是不可能在考試中得分的。 總之，關(guān)于薛定諤的貓以及愛因斯坦對量子力學(xué)的質(zhì)疑，有以下三點(diǎn)需要重新認(rèn)識：
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