盡管量子論的誕生已經過了一個世紀，其輝煌鼎盛與繁榮也過了半個世紀。量子理論曾經引起的困惑直到21世紀仍困惑著人們。正如玻爾的名言：“誰要是第一次聽到量子理論時沒有發火，那他一定沒聽懂。”薛定諤的貓是諸多量子困惑中有代表性的一個。

薛定諤嘗試著用一個思想實驗來檢驗量子理論隱含的不確定之處。

設想在一個封閉的匣子里，有一只活貓及一瓶毒藥。當衰變發生時，藥瓶被打破，貓將被毒死。按照常識，貓可能死了也可能還活著。毒藥瓶上有一個錘子，錘子由一個電子開關控制，電子開關由放射性原子控制。如果原子核衰變，則放出阿爾法粒子，觸動電子開關，錘子落下，砸碎毒藥瓶，釋放出里面的***氣體，貓必死無疑。原子核的衰變是隨機事件，物理學家所能精確知道的只是半衰期——衰變一半所需要的時間。如果一種放射性元素的半衰期是一天，則過一天，該元素就少了一半，再過一天，就少了剩下的一半。物理學家卻無法知道，它在什么時候衰變，上午，還是下午。當然，物理學家知道它在上午或下午衰變的幾率——也就是貓在上午或者下午死亡的幾率。如果我們不揭開密室的蓋子，根據我們在日常生活中的經驗，可以認定，貓或者死，或者活。這是它的兩種本征態。如果我們用薛定諤方程來描述薛定諤貓，則只能說，它處于一種活與不活的疊加態。我們只有在揭開蓋子的一瞬間，才能確切地知道貓是死是活。此時，貓構成的波函數由疊加態立即收縮到某一個本征態。量子理論認為：如果沒有揭開蓋子，進行觀察，我們永遠也不知道貓是死是活，它將永遠處于半死不活的疊加態，可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理，客觀規律不以人的意志為轉移，貓既活又死違背了邏輯思維。

薛定諤挖苦說：按照量子力學的解釋，箱中之貓處于“死－活疊加態”——既死了又活著！要等到打開箱子看貓一眼才決定其生死。（請注意！不是發現而是決定，僅僅看一眼就足以致命！）正像哈姆雷特王子（引用自莎士比亞的名言）所說：“生存還是死亡，這是一個問題。”只有當你打開盒子的時候，疊加態突然結束（在數學術語就是“波函數坍縮（collapse）”），哈姆雷特王子的猶豫才終于結束，我們知道了貓的確定態：死，或者活。哥本哈根的幾率詮釋的優點：只出現一個結果，這與我們觀測到的結果相符合。有一個大的問題：它要求波函數突然坍縮，可物理學中沒有一個公式能夠描述這種坍縮。盡管如此，長期以來物理學家們出于或許實用主義的考慮，還是接受了哥本哈根的詮釋。付出的代價：違反了薛定諤方程。這就難怪薛定諤一直耿耿于懷了。

思想實驗告訴我們：除非進行觀測，否則一切都不是確定的，可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理，客觀規律不以人的意志為轉移，貓既活又死違背了邏輯思維。愛因斯坦和少數非主流派物理學家拒絕接受由波爾及其同事創立的理論結果。量子力學告訴我們，存在一個中間態，貓既不死也不活，直到進行觀察看看發生了什么。愛因斯坦認為，量子力學只不過是對原子及亞原子粒子行為的一個合理的描述，這是一種唯象理論，它本身不是終極真理。他說過一句名言：“‘上帝’不會擲骰子。”他不承認薛定諤的貓的非本征態之說，認為一定有一個內在的機制組成了事物的真實本性。愛因斯坦花了數年時間企圖設計一個實驗來檢驗這種內在真實性是否確在起作用，但沒有完成這種設計就去世了。

尋找薛定諤貓

哥本哈根詮釋

哥本哈根詮釋在很長的一段時間成了“正統的”、“標準的”詮釋。那只不死不活的貓卻總是像惡夢一樣讓物理學家們不得安寧。格利賓在《尋找薛定諤的貓》中想告訴我們，哥本哈根詮釋在哪兒失敗？以及用什么詮釋可以替代它？

格利賓

1957年，休·埃弗萊特提出的“多世界詮釋”似乎為人們帶來了福音，由于它太離奇開始沒有人認真對待。格利賓認為，多世界詮釋有許多優點，由此它可以代替哥本哈根詮釋。我們下面簡單介紹一下休·埃弗萊特的多世界詮釋。

格利賓在書中寫道：“埃弗萊特……指出兩只貓都是真實的。有一只活貓，有一只死貓，它們位于不同的世界中。問題并不在于盒子中的放射性原子是否衰變，而在于它既衰變又不衰變。當我們向盒子里看時，整個世界分裂成它自己的兩個版本。這兩個版本在其余的各個方面都是全同的。區別只是在于其中一個版本中，原子衰變了，貓死了；而在另一個版本中，原子沒有衰變，貓還活著。”

也就是說，上面說的“原子衰變了，貓死了；原子沒有衰變，貓還活著”這兩個世界將完全相互獨立地演變下去，就像兩個平行的世界一樣。格利賓顯然十分贊賞這一詮釋，故他接著說：“這聽起來就像科幻小說，然而……它是基于無懈可擊的數學方程，基于量子力學樸實的、自洽的、符合邏輯的結果。”“在量子的多世界中，我們通過參與而選擇出自己的道路。在我們生活的這個世界上，沒有隱變量，上帝不會擲骰子，一切都是真實的。”按格利賓所說，愛因斯坦如果還活著，他也許會同意并大大地贊揚這一個“沒有隱變量，‘上帝’不會擲骰子”的理論。

這個詮釋的優點：薛定諤方程始終成立，波函數從不坍縮，由此它簡化了基本理論。它的問題：設想過于離奇，付出的代價是這些平行的世界全都是同樣真實的。這就難怪有人說：“在科學史上，多世界詮釋無疑是目前所提出的最大膽、最野心勃勃的理論。”

量子相干性

1996年5月，美國科羅拉多州博爾德的國家標準與技術研究所（NIST）的Monroe等人用單個鈹離子做成了“薛定諤的貓”并拍下了快照，發現鈹離子在第一個空間位置上處于自旋向上的狀態，而同時又在第二個空間位置上處于自旋向下的狀態，而這兩個狀態相距80納米之遙！（1納米等于1毫微米）——這在原子尺度上是一個巨大的距離[3] 。想像這個鈹離子是個通靈大師，他在紐約與喜馬拉雅同時現身，一個他正從摩天樓頂往下跳傘；而另一個他則正爬上雪山之巔！——量子的這種“化身博士”特點，物理學上稱“量子相干性”。

相對解釋

在實驗中，無論是多少概率存活或者死亡，相對于觀測者來說，在未觀測之前，都存在不確定性，即其存在疊加態。但將參考系建立在實驗對象貓身上，其結果已經確定，是客觀存在的，并非以外界觀測者是否觀測而決定其真實的結果。

分析上述后得出思考，貓和外界觀測者構成兩個相對的參考系，實驗開啟后，以貓為參考系時，其結果狀態為客觀真實確定；而以外界觀測者為參考系時，貓存在疊加態，這種疊加態不是客觀結果，而是從未被觀測的狀態現象。

為了更直觀的理解，將實驗過程視作事件，當所選參考系不同時，其不能等同于一個事件。當選取以貓為參考系時，命名為A事件，A事件結束狀態即貓參考系的狀態；當選取以外界觀測者時，命名為B事件，未觀測時，B事件尚未結束，其處于疊加態。觀測后，B事件結束，疊加態坍縮，呈現其最終狀態。

薛定諤方程

埃爾溫·薛定諤在20世紀20年代中期創立了現在被稱為量子力學分支中的一個方程。后來被稱之為薛定諤現六光子薛定諤貓態

方程：▽2ψ（x，y，z）+（8π2m/h2）[E-U（x，y，z）]ψ（x，y，z）=0

量子理論是20世紀科學的重大進展之一，由于量子力學對傳統觀念所帶來的巨大沖擊，連“量子”的提出者在內的科學家都想盡各種辦法拒絕它，或做出各種調和性的解釋[4] 。事實上，薛定諤就被量子力學的結果弄得心神不安，他不喜歡波粒二象性的二元解釋以及波的統計解釋，試圖建立一個只用波來解釋的理論。

薛定諤貓態

含義

美國科學家宣布，他們成功讓6個鈹離子系統實現了自旋方向完全相反的宏觀量子疊加態，也就是量子力學理論中的“薛定諤貓”態。

根據量子力學理論，物質在微觀尺度上存在兩種完全相反狀態并存的奇特狀況，這被稱為有效的相干疊加態。由大量微觀粒子組成的宏觀世界是否也遵循量子疊加原理？奧地利物理學家薛定諤為此在1935年提出著名的“薛定諤貓”佯謬。

“薛定諤貓”佯謬假設了這樣一種情況：將一只貓關在裝有少量鐳和***的密閉容器里。鐳的衰變存在幾率，如果鐳發生衰變，會觸發機關打碎裝有***的瓶子，貓就會死；如果鐳不發生衰變，貓就存活。根據量子力學理論，由于放射性的鐳處于衰變和沒有衰變兩種狀態的疊加，貓就理應處于死貓和活貓的疊加狀態。這只既死又活的貓就是所謂的“薛定諤貓”。

顯然，既死又活的貓是荒謬的，可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理，客觀規律不以人的意志為轉移，貓既活又死違背了邏輯思維。薛定諤想要借此闡述的物理問題：宏觀世界是否也遵從適用于微觀尺度的量子疊加原理。“薛定諤貓”佯謬巧妙地把微觀放射源和宏觀的貓聯系起來，旨在否定宏觀世界存在量子疊加態。然而隨著量子力學的發展，科學家已先后通過各種方案獲得了宏觀量子疊加態[5] 。此前，科學家最多使4個離子或5個光子達到“薛定諤貓”態。如何使更多粒子構成的系統達到這種狀態并保存更長時間，已成為實驗物理學的一大挑戰。

實驗

美國國家標準和技術研究所的萊布弗里特等人在最新一期《自然》雜志上稱，他們已實現擁有粒子較多而且持續時間最長的“薛定諤貓”態。實驗中，研究人員將鈹離子每隔若干微米“固定”在電磁場阱中，然后用激光使鈹離子冷卻到接近絕對零度，并分三步操縱這些離子的運動。為了讓盡可能多的粒子在盡可能長的時間里實現“薛定諤貓”態，研究人員一方面提高激光的冷卻效率，另一方面使電磁場阱盡可能多地吸收離子振動發出的熱量。最終，他們使6個鈹離子在50微秒內同時順時針自旋和逆時針自旋，實現了兩種相反量子態的等量疊加糾纏，也就是“薛定諤貓”態。

奧地利因斯布魯克大學的研究人員也在同期《自然》雜志上報告說，他們在8個離子的系統中實現了“薛定諤貓”態，維持時間稍短。

研究意義

科學家稱，“薛定諤貓”態不僅具有理論研究意義，也有實際應用的潛力。比如，多粒子的“薛定諤貓”態系統可以作為未來高容錯量子計算機的核心部件，也可以用來制造極其靈敏的傳感器以及原子鐘、干涉儀等精密測量裝備。

量子派后來有一個被哄傳得很廣的論調說

“當我們不觀察時，月亮是不存在的”，這稍稍偏離了本意，準確來說，因為月亮也是由不確定的粒子組成的，所以如果我們轉過頭不去看月亮，那一大堆粒子就開始按照波函數彌散開去。于是乎，月亮的邊緣開始顯得模糊而不確定，它逐漸“融化”，變成概率波擴散到周圍的空間里去。當然這么大一個月亮完全融化成空間中的概率是需要很長很長時間的，不過問題的實質是：要是不觀察月亮，它就從確定的狀態變成無數不確定的疊加。不觀察它時，一個確定的，客觀的月亮是不存在的。但只要一回頭，一輪明月便又高懸空中，似乎什么事也沒發生過一樣。但其實，量子力學定律將月亮這種巨大質量的物體的波函數限制在很小的區域中，所以即使月亮彌散開去，彌散的程度也不是人眼能看出來的。

測不準原理解釋：測量一個粒子的位置和速度，其辦法是將光照到這粒子上，一部分光波被此粒子散射開，由此指明它的位置。人們不可能將粒子的位置確定到到光的兩個波峰之間距離更小的程度，故必須用短波長的光來測量，至少要用一個光量子。這量子會擾動這粒子，并改變粒子的速度，而且位置測量得越準確所需的波長就越短，單獨量子的能量就越大，粒子的速度就被擾動得越厲害。你對粒子的位置測量得越準確，對速度的測量就越不準確。（月亮不觀測時不是不存在，量子態在觀測時由于觀測力的相互作用而使波函數坍塌為確定值，微觀粒子整體呈現規律性，宏觀尺度下觀測力幾乎對其不影響。）（參考資料：史蒂芬.霍金所著《時間簡史》）

不能不承認，這聽起來很有強烈的主觀唯心論的味道，它其實和我們通常理解的那種哲學理論有一定區別，不過講到這里，許多人大概都會自然而然地想起貝克萊（George Berkeley）主教的那句名言：“存在就是被感知”（拉丁文：Esse Est Percipi）。這句話要是稍微改一改講成“存在就是被測量”，那就和哥本哈根派的意思差不離了。貝克萊在哲學史上的地位無疑是重要的，人們通常樂于批判他，我們的哥本哈根派是否比他走得更遠呢？好歹貝克萊還認為事物是連續客觀地存在的，因為總有“上帝”在不停地看著一切。而量子論？“陛下，我不需要上帝這個假設”。

與貝克萊互相輝映的東方代表大概要算王陽明。他在《傳習錄·下》中也說過一句有名的話：“你未看此花時，此花與汝同歸于寂；你來看此花時，則此花顏色一時明白起來……”如果王陽明懂量子論，他多半會說：“你未觀測此花時，此花并未實在地存在，按波函數而歸于寂；你來觀測此花時，則此花波函數發生坍縮，它的顏色一時變成明白的實在……”測量即是理，測量外無理。