量子的世界总有一些很独特的性质，实在是难以让人理解

「量子」的世界总有一些很独特的性质，实在是难以让人理解，比如「光」怎么可能既是一种波又是一种粒子呢！比如一个物体怎么可能同时处于两个不同的位置呢！比如「测不准原理」是不可能同时知道一个粒子的速度以及位置的！再比如幽灵般的「超距作用」· 两个相距遥远的物体竟然瞬间就能够互相影响。「量子」的世界似乎总是如此不可理喻，其中最有名的就要当属——「撸小猫的思想实验」。

那是1935年一个阳光明媚的午后，薛定谔研究「量子力学」研究得有限倦怠了，便想撸个猫，于是无辜的小猫便被薛定谔关进了一个黑盒子之中，黑盒之中有一个自动化的装置，装置中还有一个放射性原子，这个原子有一定的机率发生衰变，衰变后会释放射线，进而会触发一个会杀死猫的装置，一旦触发这只猫将必死无疑，也就是说「猫是生还是死」，完全取决于原子是否发生衰变，而衰变与否又是有一定概率的，在这里请各位动物保护主义专家们嘴下留情，这毕竟只是一个思想实验，薛定谔可不是什么虐猫狂魔。

关于「薛定谔的猫」这个思想实验，有两种不同的观点：

「经典物理学」的观点——在这个罪恶的盒子之中，猫要么是死的要么是活的，但也只有我们打开盒子以后才能知道，如果把盒子打开发现猫是活的，那么猫就处于活的状态。如果把盒子打开发现猫已经死了，那么猫就处于死的状态。并且有且只有这两种结果，这可能是我们这些凡夫俗子的通常观点，在这种理解中，重点是猫是生还是死，在我们打开盒子以前就已经决定了，我们打开盒子只是查看结果罢了。

「量子力学」的观点——在这种观点中，猫在打开盒子之前，既不是死的也不是活的，而是处于一种非生非死的生死叠加状态，在盒子打开的一瞬间，猫是生还是死，这个状态才能确定。甚至可以打这么一个比方，如果打开盒子发现猫死了，它其实并不是被装置杀死的，而是被打开盒子的人看死的，因为它是由生死叠加的状态变成了死的状态，这样一来似乎动物保护协会的爱猫人是要谴责那个把盒子打开的人了。

如果你以前啊从来没有了解过「量子力学」，会觉得「量子力学」似乎跟开玩笑似的，它只是一只普通的猫咪嘛，它只能死或者活，从来没有人见过什么是一种叫做非生非死的生死叠加状态。如果把猫换成人，那岂不是就是不死不活的了吗？如果你还不觉得这种生死叠加的状态有什么灵异的地方，可以再举另外一个例子。

举例说明：

现在我们在看一场精彩的足球比赛，比赛进行到了89分钟，双方均无进球，场上比分0:0，场面十分焦灼，此时A队的左后卫给了B队前锋一个大腿绊子，B队获得了一个前场25米的任意球，这个时刻所有的人屏住了呼吸，B队的球员抡起大腿，就是一脚，皮球在空中画出了一道美丽而又诡异的弧线，正在这千钧一发的时刻，电视机出现了整块马赛克，声音也全部消失，转播器信号随之中断，现在你要预测这个球进了没有？

如果你是一个专业的球迷，你会分析——这个球是C罗踢的还是梅西踢的，你可能还会分析门将在比赛的前一天晚上是否去了夜店等等因素。如果你是一个物理学的专家，你会分析球的受力、速度、方向、距离球门的距离，甚至草皮的摩擦力，球迷的分贝数等等。

一般来说，当皮球离开球员的球靴之后，只要我们把上面的全部因素带入到运动公式中，详细地计算一下，就完全可以预测这个球到底进了没有。有一个常识是大家都可以公认的，那就是这个球「进或者没进」与你是否正在看电视是没有关系的，无论进球的时候你在聚精会神地盯着电视看，或者你在上厕所刷手机，该进的球还是会进，该不进的球还是进不了，哪怕你气得把电视机砸了，都是没有用的。

好了说到这里，我想说的是，以上的内容全部都是废话，但对于上面的情况，「量子力学」的科学家会说球「进或者没进」，直接取决于你是否正在看球。如果你看了，球要么就进了，要么就没进，但如果你没有看，那么球就处于「进或者没进」的叠加状态。当你看了电视以后，皮球就会有两种结果，你甚至可以这么说，球并不是被踢进去的，而是被你看进去的，有时科学就是这么神奇，直觉告诉我们猫不可能既是死的又是活的，球不可能既进了门又没进门，男神也不可能既喜欢我又不喜欢我。

「量子力学」的世界

根据我们的日常经验，一个物体在某一时刻总会处于某个固定的状态，「要么在或者不在」两种状态，必居其一，然而在「量子力学」的世界中情况就有所不同了。微观粒子可以处于一种不确定的状态中，比如说一个粒子在某个时刻的位置，完全是不确定的，或者可以这么说，在我们测量这个粒子的位置之前，这个粒子可以在这里，也可以在那里，在这里和那里有一个机率的分布，一个基本粒子可以在任何的地方，不过有些地方的概率高，有些地方的概率低罢了。

再比如，一颗电子可以是左旋的，也可以是右旋的，也可以是既处于左旋又处于右旋的状态，两种状态按照一定的概率叠加。然而当我们对电子的状态进行测量时，粒子的叠加态便不复存在了，而是坍缩成为「左旋或者右旋状态」的其中之一。

在微观的世界中，到处都是这种叠加态状态不明的粒子，可是如果我们回到宏观世界，怎么能够接受一只猫「不死不活死活叠加」呢？

当初薛定谔提出这个实验的目的，就是因为他和爱因斯坦一样，都是顽固的「量子力学」古典派分子，他们都认为世界是确定的，如果世界看起来不确定，那一定是因为我们对这个世界还不够了解。薛定谔说，一只猫是不可能处于「生或者死的叠加状态」的，所以「量子力学」还不够完备，还需要接着研究。

当时关于「量子力学」的另外一个学派是尼尔斯·亨利克·戴维·玻尔(Niels Henrik David Bohr，1885年10月7日-1962年11月18日)领导的哥本哈根学派，他们则认为——世界本身就是不确定的，那只可怜又可恨的小猫就是处于「不生也不死的状态」，而且只有当盒子打开以后才能确定。世界本身就是随机的，就是按照不同的概率叠加在一起的。

旷日持久的伟大争论

一场旷日持久的伟大争论开始了，争论的双方几乎可以说是20世纪最伟大的两位科学家.在1920年德国柏林的一个春天，爱因斯坦和波尔第1次见面以后，虽然此后两人一直都是彼此的好朋友，但是火星撞地球般的学术冲突开始了，两人都不认同对方的观点，争议的焦点之一，就是——这个世界到底是随机的还是确定的。

先简单把这个争论讲一下——随机，其实就是不确定性，它主要包含两种：

一种是由于信息的缺失造成的。

比如说考试成绩出来之前，你的成绩既可能是令人满意的100分，也可能是令人悲伤的59分，也可能是其他任意一个分数，每个分数都有一定的概率，但是实际上对考试成绩这件事情来说，它的随机性来自于信息的缺失，如果你知道正确的答案以及评分标准，那么你就能够知道你考了多少分。实际上当我们把卷子交上去之时，成绩就已经确定了，这种随机其实是一种“假随机”，只是针对你的随机，我们之所以认为成绩不确定是因为我们掌握的信息还不够全面。

而另一种随机就是真正的随机了，是本质上的随机，即便你了解这个世界上的一切，你也无法判断结果。

举例说明：就拿咱们上文所说的左旋或者右旋的粒子作为例子。

谁也不清楚在测量之前这个粒子是左旋还是右旋，在测量它之前，它不倾向于任何一种状态，只能处于左旋或者右旋两种状态的叠加。

爱因斯坦和波尔他们争议的焦点之一，就在于「量子」所表现出来的随机性，到底是因为它本身就是随机的，还是因为人类还不够了解「量子」没有发现事情的真相。爱因斯坦其实也算得上是「量子力学」的奠基人之一了，但他却终生反对「量子力学」，他希望证明一件事情，那就是——「量子力学」中所谓的不确定性是由于量子力学的不完备性造成的，「量子」只是表面性地随机，只是因为我们还没有掌握所有的信息。

就像我们考试后因为不知道正确答案和评分标准，而无法知道自己的考试成绩那样，一些我们暂时还不知道的因素在起着重要的作用，导致我们无法确切地知道每一次的观测结果，所以我们只能继续发展「量子力学」，直到找到那些不确定性的因素，从而精准地预测。

而波尔的回答相对来说要干脆一些，「量子」看起来具有随机性，那是因为它本身就是随机的，随机性就是这个世界最基本的规律之一，它只有在被观测时才能变成确定的状态，然而在测量的过程中为什么随机就能变成确定，这其中发生了什么样的事情？波尔不知道，其他人也不知道，科学家给它起了一个名字叫做——坍缩。

1935年，爱因斯坦派出了他的小弟薛定谔提出了「薛定谔的猫思想实验」，并借此提出一只「生死叠加态」的小猫，想借此证明波尔的理论是荒谬的。在这个实验中，一只可怜的猫竟会处于既生又死的生死叠加状态，对于量子尺度的物体，比如一个原子，你可以接受它是叠加的状态，然而薛定谔把量子世界与猫这样一个宏观的物体纠缠了起来，从而得到猫「既不是死的又不是活的」这样违背直觉的结果。薛定谔说猫不可能处于既是死又是活的状态，所以「量子力学可」不是世界的最终解释，他认为一定存在一些我们不知道的未知因素，影响了箱子中的那颗粒子，是它决定了小猫的死亡，小猫在盒子打开之前就已经确定了生死。

「薛定谔的猫思想实验」一经提出，以波尔为首的量子力学哥本哈根学派大乱，包括波尔在内，没有任何人相信世界上竟然还存在着“不死不活又死又活死活不明的猫”。薛定谔曾经和波尔之间有过一场激烈的争论，两人如同武林高手一般，争论了几天几夜，到了最后薛定谔因为体力不支而倒在了床上，波尔此时意犹未尽，还没争论完。于是就让自己温柔贤惠的妻子负责照顾薛定谔以便两人能够继续争论下去，从这件事情上我们可以看出阿波尔特别像武侠小说中的武痴，为了切磋科学知识，他甚至不介意自己的妻子与一位大名鼎鼎的花花公子薛定谔共处一室。

具有讽刺意味的是薛定谔也是「量子力学」的奠基人，他的「薛定鄂方程」是描述微观粒子运动的最好工具，可薛定鄂的后半生也在不知疲倦地否定「量子力学」。更具有讽刺意味的是尽管「薛定谔的猫思想实验」是为了反对「量子力学」而提出的，可是很多年以后他就间接证明了「量子力学」的正确性。

如果科学家能够证明那种生死叠加状态的猫是存在的话，那么波尔的学说就是正确的，然而生死叠加的状态的猫存在与否，我们说了不算，甚至爱因斯坦、波尔和薛定谔说了也不算，一切还要看实验的结果。

图解：薛定鄂方程

纠缠态的「量子叠加态」

从上个世纪开始，实验物理学家们做了一系列的实验，人们发现真理的天平逐渐地倒向了波尔。

1999年，维也纳大学的两位科学家成功地让一个由60个原子构成的分子产生了叠加作用，后来他们还成功地让一个包含了430个原子，直径达到6纳米的有机分子展示出了「量子波动性」。这已经是和蛋白质大小相当的量子物体了，实验中有机分子同时通过了多条狭缝，也就是处于不同位置的叠加状态，目前人类已经能够让肉眼可见的物体处于叠加状态了。

2011年，牛津大学的物理学家成功地用激光脉冲，在两块相距15厘米、直径为3毫米的金刚石体中激发出了纠缠态的「量子振动」，这些可以说是缩小版本的薛定鄂的猫。

如今已经可以让一些巨大的物体放大到量子叠加态里面了，比如说大约1.6亿个光子就可以同时处于不同的叠加态中，一个超导体可以实现同时向左流或者向右流的电流。然而「薛定谔的猫思想实验」都是没有生命的，所以问题依然还存在，那就是真正有生命的猫会处于生或者死的叠加状态吗？

答案：不会的！

因为一只猫尽管有可能会被装置杀死，但是之前我们需要保证它的周围有空气，这样前提它存在、前提是猫是活的，物理学家们发现只要猫和环境有接触，就不可能同时处于生或者死的状态，这里需要用到其他的「量子理论」了，比如「退相干理论」。

听到这里您可能会觉得烧脑、眩晕、不懂、不知所云。的确啊，「量子力学」从它诞生的那一天起，就在挑战我们的认知，不仅我等凡夫俗子找不到北，大科学家同样也晕，诺贝尔物理学家得主费曼曾经说过——

“没有人懂「量子力学」。”

量子论的创始人之一波尔也说过——

“如果谁不为「量子力学」感到困惑，那就是你不懂「量子力学」。”

所以说，如果您感觉本文烧脑、眩晕、不懂、不知所云，这是一件好事。恭喜您，您已经是懂得一点「量子力学」了。

图解：快速入门量子力学，看这图就够啦！

黄媂结语·「撸小猫的思想实验」

「撸小猫的思想实验」是一个放大「量子力学」不确定性的思想实验，尽管这个实验不可能在猫的身上成功地实现，但是却在其他的宏观物体上实现了。薛定谔当年为了驳倒「量子力学」中的哥本哈根学派，可到头来经过实验物理学家的长期努力，倒是支持了波尔的学说，对这个学说您可能有点不太接受，那是因为在这个学说中世界是不确定的。