薛定谔的猫理论,薛定谔的猫有什么现实意义？

相信很多人对薛定谔的猫的理论了解都是来自《生活大爆炸》这部美剧薛定谔的猫理论。在这部剧里，Penny就自己是否要和莱纳德交往这个问题咨询了谢耳朵，谢耳朵在回答她的问题时引用了这个理论。但是penny显然一脸困惑。

这个理论是一个理想状态下有关量子理论的实验。科学家薛定谔把一只猫放进一个不透明而且密闭的盒子里，盒子里有一个盛有毒气的玻璃瓶和一个放射性原子核构成的理想装置。一个小时之内，这个原子核有50%的可能会发生核衰变，一旦衰变，这个毒气瓶就会被打开导致猫死亡。但是你如果不打开盒子，你就不知道猫是活着还是死了。所以在打开盒子之前，这个猫既有可能是死的也有可能是活得。

我想谢耳朵引用这个理论，应该是想告诉penny，如果不去尝试和莱纳德在一起，就不会知道他们两适不适合在一起。

但是这个理论的真正意义是什么？要从薛定谔以及量子力学说起。

薛定谔（E.Schrodinger ，1887—1961）是奥地利著名的物理学家，也是量子力学的创始人之一，曾获1933年诺贝尔物理学奖，薛定谔的猫是他在1935年提出的关于量子力学的一个佯谬。这些年来许多物理学家绞尽脑汁，试图解开这个佯谬。直到最近经过一系列精巧的实验，这个问题才逐渐有了眉目。2000年7月，《自然》报道了最新的实验结果。

量子力学是有关电子、原子等微观粒子的理论，它所揭示的微观规律与日常生活中看到的宏观世界很不一样。原子的大小是10的-15次方米，原子核的大小是10的负18次方米。我们平常所能看到的一切，哪怕是最小（最短）的任何东西里面都有不是成千上万。而是数以亿亿计的原子或分子.

薛定谔的猫，则是描述量子力学“叠加态”的一个假设。

叠加态，指的是一颗粒子在同一时间可能处在两种不同的状态里。在宏观世界里，这是不可能的。比如一个人不可能既在家中又在屋外。但是在量子世界里，一个电子，可能处于这个电子云的任何位置。就好比，一个人在家中何处是不确定的。你看他一眼，他可能在任何地方——客厅、厨房、餐厅、卧室或书房都有可能；在你看他之前，就无处不在。

这个规律明显是难理解的，有的科学家甚至拒绝承认某些规律的真实性，比如著名的科学家爱因斯坦。所以薛定谔的这个虚拟实验，更像是一个“同时处于生和死两种状态的猫”的比喻，来解释这种（两种不同性质同时存在的）叠加状态。是一种现象的描述，而不是什么理论或者原理。

这个理论听起来有点像中国“方生方死”的诡辩论。但是这是宏观上的表达。量子力学是关于微观世界的物理，它的准则可能与我们所熟知的物理完全不同。

需要注意的是，在这个实验中，盒子关着的时候，我可以看作还没有对它进行观测。打开盒子的这个动作，从宏观上说可能只是“看一眼”的动作，不会发生什么变化，在微观里就是对它进行测量，相当于，从外界介入了它的状态，他的状态被改变了。

从这个理论可以看出：一切事物的状态都不是确定的，除非进行观测。也就是谢耳朵对penny说道这个理论的初衷。爱因斯坦认为，量子力学只不过是对原子及亚原子粒子行为的一个合理的描述，这是一种唯象理论，它本身不是终极真理。

薛定谔猫实验的结论是什么？

“薛定谔的猫”不是一个真正的实验，因此没有科学证明任何东西。薛定谔的猫甚至不是任何科学理论的一部分。薛定谔的猫只是一种教学工具，薛定谔用该教学工具来说明有些人是如何曲解量子理论的。薛定谔用猫构建了他的假想实验，以证明对量子理论的简单曲解会导致与现实世界不符的荒谬结果。

不幸的是，在我们今天的许多科普者已经接受了薛定谔的猫的荒谬，并声称这就是世界真正运作的方式。在量子理论中，量子粒子可以同时存在于状态的叠加中，并在与其他粒子相互作用时崩溃到单个状态。

当时一些科学家认为量子理论正在发展（20世纪30年代），他们从科学转向哲学领域，并指出，量子粒子只有在有意识的观察者看来才会崩溃到一种状态。薛定谔认为这个概念非常荒谬，并设计了他的思想实验，以明确这种主张的荒谬但合乎逻辑的结果。

在薛定谔的假想实验中，你把一只猫放在一个装有少量放射性物质的盒子里。 当放射性物质衰变时，它触发盖革计数器，导致释放毒药或爆炸，杀死猫。 现在，放射性物质的衰变受量子力学定律支配。 这意味着原子以“即将衰变”和“不会衰变”的组合状态开始。

如果我们将观察者驱动的想法应用于此案例，则不存在有意识的观察者（一切都在密封的框中），因此整个系统将保留为两种可能性的组合。这只猫同时死了而且还活着。因为同时死亡和存活的猫的存在是荒谬的，而且在现实世界中不会发生，所以这种思想实验表明，波函数的崩溃不仅仅是由有意识的观察者驱动的。

爱因斯坦对观察者驱动的想法也遇到了同样的问题，并对薛定谔的巧妙插图表示祝贺，他说：“这种解释最完美地被您的放射性原子+盖革计数器+放大器+火药+在盒子里的猫反驳了。在一个盒子中，系统的波函数同时包含活着的猫和炸成碎片的猫。仅当物理学家在确定的时间调查情况时，猫的状态才被创建吗？”

自那时以来，有充分证据表明，波功能崩溃并非单靠有意识的观察者。事实上，量子粒子的每一次相互作用都会崩溃其状态。仔细的分析表明，薛定谔猫的”实验”将在现实世界中发挥如下：

一旦放射性原子与盖革计数器相互作用，它就会从非衰变状态崩溃到一个明确的状态。绝对会触发盖革计数器，并且肯定会杀死猫。或绝对不会触发盖革计数器，并且猫肯定还活着。但是两者都不会发生。

总之，量子状态崩溃不仅仅是由有意识的观察者推动的，”薛定谔的猫”只是一种教学工具，旨在通过将观察者驱动的概念简化还原为荒谬，使这一事实更加明显。不幸的是，当今的许多科普作家继续传播这样一种误解，即量子状态（因而是现实本身）由有意识的观察者确定。

他们利用这种错误的说法作为跳板，对现实的本质、意识，甚至东方神秘主义的本质进行不实质性的、非科学的讨论。对他们来说，“薛定谔的猫”并不代表他们的主张是错误的，而是证明世界和他们声称的一样荒谬。这些作者要么误解了薛定谔的猫，要么故意扭曲它来卖书。