薛定谔的猫——箱子里的猫既活着又死了

大家好，我是 Senko。本文将解读“薛定谔的猫”。

这大概是世界上最有名的物理学悖论了。被关在箱子里的猫，在打开箱子之前，“活着的状态”和“死了的状态”同时存在——量子力学如是说。可按常识来想，猫怎么可能又活又死呢？

思想实验的设定

这是奥地利物理学家埃尔温·薛定谔于 1935 年提出的思想实验。

在一个密闭的箱子里放入以下东西：

1 小时后，如果放射性物质衰变了，毒气释放，猫死；没有衰变，猫活。

问题是：“打开箱子之前，猫处于什么状态？”

按照量子力学的标准诠释（哥本哈根诠释），放射性物质的原子在被观测之前，处于“已衰变”与“未衰变”的叠加态。

如果原子处于叠加态，与之联动的毒气装置也应处于“已启动与未启动的叠加”，于是猫也应处于“死了与活着的叠加”。

打开箱子进行观测的那一瞬间，叠加态“坍缩”，猫才确定为生或死的其中一方——严格遵循量子力学理论，就会得出这个结论。

这里有个重要事实：薛定谔设计这个思想实验，是为了“批判”量子力学。

薛定谔想说的是：“把量子力学的诠释原样套到日常世界，就会得出猫又活又死这种荒唐结论。这正说明量子力学的诠释有问题。”

换句话说，这个悖论并不是在证明量子力学的正确性，而是一份用来控诉“叠加态”诠释有问题的反证。

薛定谔的猫抛出的根本问题是：“微观的量子世界”与“宏观的日常世界”之间的边界究竟在哪里。

单个原子可以处于叠加态——这已被实验证实。那么分子呢？病毒呢？细菌呢？猫呢？人呢？

“量子世界”与“经典世界”之间理应有一条分界线，但它到底在哪里，至今没有明确答案。这被称为“量子–经典对应”或“观测问题”，是物理学最深刻的未解决问题之一。

针对薛定谔的猫，物理学家们提出了几种诠释。

哥本哈根诠释认为观测发生的瞬间叠加态坍缩，但“观测究竟是什么”始终含糊不清。

“多世界诠释”（埃弗雷特诠释）认为打开箱子的瞬间世界发生分裂，“猫活着的世界”和“猫死了的世界”同时存在。叠加态并不坍缩，观测者自己也成为叠加的一部分。

退相干理论解释说，宏观物体与周围环境持续相互作用，叠加态会在极短时间内消失（退相干）。像猫这样大的物体，叠加态实际上无法存在。这是目前接受度最高的解释之一，但也有人指出它并未从根本上解决问题。

薛定谔的猫早已超越物理学，成为一种文化符号，被动画、小说、电影、游戏等各种媒介引用。

“在确定之前，所有可能性共存”这个意象虽然偏离了物理学的严格诠释，但作为哲学隐喻魅力十足。

当代物理学给出的实务性答案，是被称作“退相干”的想法。

叠加态若不与外界完全隔绝，就保不住。周围的空气分子、光子、热涨落，这些东西只要碰到对象一点点，叠加的信息就往环境那边跑掉了。

猫用自己发出的热，时刻在与环境交换信息。已知叠加被破坏所需的时间，按计算短得可怕。

这并不是说“叠加不会发生”，而是说它就算发生，也会在人去观测之前好几个数量级的时间里消掉。

这里需要留神。退相干说明了为什么日常里看不到叠加，却没有说明为什么只有一个结果被选中。

与环境纠缠的结果，是活猫与死猫不再互相干涉。可两种可能性并没有消失，只是不再混在一起。

再往后，实际被观测到的为什么只是其中之一，各诠释的答案不同：多世界诠释答“两边都在发生”，哥本哈根诠释答“观测时定成一个”。

所以现状是：退相干把问题的一半在实验上收拾掉了，剩下的一半至今仍留在哲学讨论的场子里。

薛定谔的年代想都想不到，可如今被称作“猫态”的宏观叠加已经真的被造了出来。

2000年前后起，就有报告称超导电路中流动的电流处于顺时针与逆时针的叠加态。电路是肉眼可见的大小，电流里牵涉着数十亿个电子。

分子的干涉实验也在推进，还有报告称用约两千个原子的巨大分子成功做了双缝实验。

猫仍然遥远，可现状是这条界线正在逐年被往上推。能做到多大，至今仍是实验物理学的主要课题之一。

把主要的诠释如何处理这只猫排一排。