薛定谔的猫是死还是活？

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亚当·哈特·戴维斯，1943年生，英国科学家、作家、电视节目主持人，1990年代主持英国广播公司BBC的「地方英雄」和「罗马人对我们有什么贡献？」等系列节目，成为知名的科普传播人士。毕业于牛津大学莫尔顿学院化学系，于约克大学取得有机金属化学博士学位，之后曾在牛津大学出版社担任科学图书编辑。目前仍为英国的广播与电视节目协助幕前与幕后工作。2007年获英国皇家摄影学会授予荣誉会员资格。著作超过30本，包括《历史：从文明之初到今天》《时间之书》等。

今天读书君就为你选取他的作品《薛定谔的猫：改变物理学的50个实验》中的一部分，看看这位英国科学家笔下的这只神奇的猫，是死还是活呢？

量子力学悖论

✪[英] 亚当·哈特-戴维斯

量子力学悖论

1935

研究人员：

埃尔温·薛定谔

研究领域：

量子物理

结论：

两种可能性同时存在

一只猫如何能够同时既死又活？1935年，奥地利物理学家埃尔温·薛定谔提出了这个颇富哲学意味的问题。在此之前的15年里，诸多理论物理学家和数学家一直在完善量子力学的框架细节，哥本哈根的尼尔斯·玻尔和维尔纳·海森堡是这幢大厦的首席建筑师，他们建立的理论后来被称为量子力学的哥本哈根诠释。但薛定谔认为，哥本哈根诠释应用于宏观物体时会出现一个问题。

玻尔和海森堡曾提出过一套'量子态叠加'理论。如果某个粒子（或者某个光量子）拥有两种可能的状态或位置，但我们无法确认它到底处于哪种状态（或位置），那么按照量子态叠加理论，在被观测到之前，它同时拥有两种状态（或位置）。一旦被观测，它会立即坍缩成一个态。所以，只有观察者才能将粒子固定在某个可能的状态下。

薛定谔不喜欢量子态叠加的主意，所以他通过思维实验提出了一个悖论。

并没有猫受到伤害……

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假如有一只猫被关在一个铁盒子里，无法逃脱。除了这只猫以外，盒子里还有少许放射性物质、一台盖革计数器和一瓶致命的氰化物毒素。如果放射性物质的某个原子发生了衰变，那么盖革计数器会探测到它的衰变并激活开关，推动一把锤子敲碎瓶子释放毒素，导致猫死亡。

放射性原子的衰变完全无法预测。盒子里的放射性物质可能下一秒就会衰变，也可能一年都不会衰变。因此，既然谁也看不到盒子里的情况，那么半小时以后，谁也说不清里面的放射性元素到底有没有发生衰变。根据量子态叠加理论，这些原子同时处于衰变和未衰变的状态。

观察者的重要性

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但是，这也意味着盒子里的猫既是死的，又是活的--除非有观察者打开盒子，确定最终的结果。薛定谔表示，这毫无道理，量子态叠加理论在真实世界里显得如此荒谬。他写道，这个悖论'使得我们无法接受用这种'模糊的模型'来代表现实。虽然就这套理论本身而言，它没有任何不清楚或矛盾的地方'。

有人反驳说，那只猫也算是观察者，它应该知道原子是否发生了衰变--如果它还活着。

尼尔斯·玻尔本人却认为观察者的出现并无必要，他觉得在观察者打开盒子之前，猫的死活早已确定。他指出，猫的死活是由盖革计数器决定的，所以事实上，这个计数器充当了观察者的角色。这种解释是不是更合理呢？但阿尔伯特·爱因斯坦却并不认可。1950年，爱因斯坦给薛定谔写了一封信：

'如果一个人足够诚实，他就无法逃避对'真实'的设想……在当今的物理学家中，只有你做到了这一点。大部分人根本不明白自己正在对'真实'玩弄多么危险的把戏--他们以为真实是纯然的理论假设，与实验得出的结果完全无关。但是，你用放射性原子+……[原理]……+盒子里的猫……以最优雅的方式驳斥了他们的诠释。谁也不会真正质疑这一点：猫的存在或不存在与观察行为全然无关。'

多世界

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后来，量子力学模型引入了新的想法。1957年，休·艾弗雷特提出了'多世界诠释'，根据这套理论，两种可能性都是真的，确切地说，无论过去还是未来，所有可能性全都真实存在。艾弗雷特认为，存在很多很多个宇宙，每一种可能性都曾真实地发生过，只是它们各自存在于不同的宇宙中。按照多世界诠释，薛定谔的盒子打开的一刹那，观察者和猫就各自分裂成了两个。在其中一个宇宙里，观察者看到猫还活着，而在另一个宇宙里，它已经死了--但这两位观察者永远无法见面，也不能交流。

薛定谔的猫成了举世皆知的明星，关于它的争论从来就不曾停歇--它是量子力学领域里知名度最高的动物。

——本文选自《薛定谔的猫 : 改变物理学的50个实验》[英] 亚当·哈特-戴维斯 / 阳曦 / 北京联合出版公司 / 2017

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