每日焦點！世紀“懸案”：把貓關進箱子再放一瓶毒藥 貓會怎么樣？

今天恰逢理論物理學家埃爾文·薛定諤誕辰 135 周年，讓我們來好好聊聊他這只既“死”又“活”的貓，以及“薛定諤的貓”這近一百年來是如何被人們用錯的。

埃爾文·薛定諤，圖片來源：Wikipedia

首先咱要聲明，薛定諤的“貓”并不是一只真的“貓”，薛定諤沒有真的把貓給弄成這狀態，那屬于虐待動物了。

(資料圖片)

“薛定諤的貓”其實是薛定諤提出的一個思想實驗，而且還是一個使用了反證法、用來駁倒論敵的思想實驗：

他認為，如果論敵的說法成立，那就會導致一只貓同時處在死和活的狀態，這是十分荒謬的、一看就知道不可能的。由此可見，論敵的說法一定不成立。

換句話說，薛定諤本人并不相信這貓既“死”又“活”。

所以“如薛定諤的貓一樣”這句話用來形容一件事情很“荒謬”似乎更貼近薛定諤提出它時原本的意思。

圖片來自：pixabay

但薛定諤為啥要費勁設計這么一個思想實驗，他要駁倒的論敵是誰呢？是量子力學的哥本哈根解釋。

量子力學是誕生于20世紀的新學科，它是主宰微觀世界的物理規律。它發現了許多非常反直覺的現象，比如說，一個物理量好像可以是以概率的方式存在的：有時候測出來是一個值，有時候測出來卻是另一個值。

這很奇怪。日常生活里，如果你讓一個小球旋轉起來，那旋轉方向是左旋還是右旋應該一眼就能看出來，沒有任何疑問。

在量子力學的世界里，你的儀器測量倒也能清楚地給出答案，可是兩個看起來完全一樣的球，給出的答案卻不一樣。

如何解釋這個現象呢？量子力學里，粒子可以存在于一種“量子疊加”的狀態下，也就是可以既左旋又右旋。

而當粒子和外界環境產生關聯，比如說被人類測量的時候，哥本哈根解釋認為這種疊加態會發生“坍縮”，也就是按照概率變成其中一種具體的狀態。

這確實可以解釋量子力學遇到的迷惑情況，但總有種欺負人的感覺。

如果一個狀態一測量就消失，憑什么還說它存在呢？很多著名物理學家，包括愛因斯坦和薛定諤，都無法接受這個觀點。

在和愛因斯坦討論過幾輪之后，薛定諤覺得自己抓住了問題的關鍵，而薛定諤的貓，就是他對哥本哈根解釋的反駁。

他說，想象一下我們把一只貓關進與外面世界完全隔絕的箱子里面，箱子里裝一瓶毒藥，毒藥上連動一個機關，只有被放射線打到的時候機關才會啟動，打開毒藥的蓋子，把貓毒死。

然后，我們把幾個放射性原子放在機關邊上，等待一小段時間，問貓會怎樣？

薛定諤的貓思想實驗，圖片來源：Wikipedia

放射性原子衰變釋放出放射線，這個過程是量子力學掌管的。按照哥本哈根解釋，只要不去觀察，那么原子就處于衰變和沒衰變的疊加態。依此類推，放射線也應該處于有和沒有的疊加態，機關也應該處于啟動和沒啟動的疊加態，毒藥處于釋放和沒釋放的疊加態。所以，貓也處于死了和活了的疊加態，只有開箱的時候才能見分曉。

薛定諤認為，貓的死活疊加是明顯荒謬的，所以反過來可以一路往上推，證明原子的疊加也是有問題的。

不過，這終究還是他的主觀觀點。畢竟誰也無法真的做出一個與世隔絕的箱子來驗證這一點。

貓走動的聲音，貓的體溫，甚至貓的呼吸引發的氣壓變化，都能透過箱子傳播到外界環境里，都能讓人不開箱就測量出貓的死活。

薛定諤的貓這個思想實驗提出之后，其他物理學家也紛紛提出了自己的量子力學解釋。

例如退相干歷史認為，當放射線打到機關上的時候，就是量子態與環境發生作用產生了退相干，緊接著測量和坍縮就已經發生了，和人打沒打開箱子沒有關系，所以只有原子本身會處于疊加態，貓不會。貓的死活是兩個完全獨立的歷史，互不影響。

甚至還有多世界解釋，認為原子衰變的時候其實創造出了兩個不同的世界，一個世界里衰變發生了，貓死了，另一個世界里衰變沒發生，貓還活著。兩個世界盡管大相徑庭，卻是同一個世界在兩個正交方向的“投影”。

到底哪一種解釋是正確的呢？因為每個解釋最后導致的物理學現象都一樣，實驗上無法分辨，答案或許已經超出了物理學的范圍。