薛定谔的猫是量子理论吗（量子理论中的薛定谔的猫）

薛定谔的猫是量子理论吗（量子理论中的薛定谔的猫）薛定谔着名的思想实验提出了一个问题，“量子系统何时停止作为状态叠加而成为一个或另一个？” （从技术上讲，实际的量子态何时停止为状态的非平凡线性组合，每个状态都类似于不同的经典状态，而是开始具有独特的经典描述？）。如果猫存活下来，它会记得只有活着。但是，与标准微观量子力学相一致的EPR实验的解释要求诸如猫和笔记本之类的宏观物体并不总是具有独特的经典描述。思想实验说明了这种明显的悖论。我们的直觉告诉我们，没有观察者可以处于混合状态，然而猫，从思想实验看来，可以处于这种混合状态。猫是否需要成为观察者，或者它是否存在于一个明确定义的经典状态中需要另一个外部观察者？ 对爱因斯坦来说，每一个选择似乎都是荒谬的，因为思维实验的能力给这些问题带来了深刻的印象。在写给薛定谔1950年的一封信中，他写道：除了劳厄（1879-1960，德国物理学家，曾获1914年诺贝尔物理学奖）之外，你是唯一一位当代物理学家，

很明显，是科学家埃尔温·薛定谔对猫做的一种实验，但这并不是我们常人所能理解的那样简单的实验，它是一种需要想象力去做的实验，也就是说我们现实中无法做到的一种实验，我们称这种奇异的实验为思想实验（thought experiment）。本文所描述的薛定谔猫就是一种经典的思想实验。

薛定谔的猫是一个思想实验（thought experiment），有时被描述为悖论（Paradox），由奥地利物理学家埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger）于1935年设计。这说明了他所看到的量子力学在日常事物中的哥本哈根诠释（Copenhagen interpretation）问题。 这个实验场景呈现出一只可能同时存活和死亡的猫，这种状态被称为态叠加原理（Quantum superposition），这是由于与可能发生或可能不发生的随机亚原子事件联系在一起的结果。 思想实验也经常出现在量子力学诠释（Interpretations of quantum mechanics）的理论讨论中。 薛定谔在开发思想实验的过程中也创造了Verschränkung（量子纠缠）一词。

在一个著名的例子中，薛定谔猫 (1935)，是一只或死或活的猫，而这只猫到底是死是活则决定于较早的一次随机事件。这个由常见物品构成的思想实验相对通俗地具体化了哥本哈根诠释中的问题。图：Dhatfield

起源与动机

薛定谔打算通过他的思想实验来讨论EPR的文章（爱因斯坦-波多尔斯基-罗森佯谬），这篇文章以作者爱因斯坦、波多尔斯基和罗森的名字命名。EPR的文章强调了量子叠加的奇异性质，其中诸如原子或光子之类的量子系统可以作为对应于不同可能结果的多个状态的组合而存在。这是一种被广泛接受的理论，被称为哥本哈根诠释，该理论指出量子系统需要保持叠加状态，直到它与外部世界相互作用或被外部世界所观察到为止。当这种情况发生时，叠加会塌缩成某种可能的确定状态。 EPR实验表明，具有多个远距离分离的粒子的系统可能处于这样的叠加状态。

薛定谔和爱因斯坦交换了有关爱因斯坦的EPR文章的信件，在这篇文章中，爱因斯坦指出，不稳定的火药桶的状态将在一段时间后包含爆炸状态和未爆炸状态的叠加。为了进一步说明，薛定谔描述了原则上如何通过使其依赖于叠加的量子粒子来在大规模系统中创建叠加。他提出了一个方案，在一个锁定的钢室中有一只猫，其中猫的生存或死亡取决于放射性原子的状态，无论它是否已经衰变和发射辐射。根据薛定谔的说法，哥本哈根诠释意味着猫在被观察到的状态下仍然是活的和死的。薛定谔并不希望将猫的死亡和存活作为一种严重的可能性，相反，他打算通过这个例子来说明量子力学现有观点的荒谬性。然而，自从薛定谔时代以来，物理学家对量子力学的数学提出了其他的解释，其中一些物理学家认为“活猫和死猫”的叠加是相当真实的。作为对哥本哈根诠释的批判，薛定谔的猫思想实验仍然是现代量子力学解释的一个决定性试金石。物理学家经常使用每种解释处理薛定谔猫的方式，作为说明和比较每种解释的特定特征、优点和缺点的方法。

思想实验

薛定谔写道：

人们甚至可以设置非常荒谬的实验。 将一只猫与下列装置（必须防止猫的直接干扰）一起放入钢室中：在盖革计数器（用于测量放射性）中，有一小部分放射性物质，很小的，以至于可能在一小时内会有其中一个原子发生衰变现象，但同样可能的是，可能也没有发生衰变； 如果发生这种情况，计数器管就会放电，并通过继电器击中带有锤子的开关，打破氢氰酸小烧瓶。 如果一个人将整个系统留给自己一个小时，就可以说，如果没有原子衰变，猫仍然活着， 如果原子衰变，猫就中毒死亡。 整个系统的波函数可以通过将活猫和死猫（原谅这个表达）混合或涂抹成等份来表达这一点。

这些情况的典型特征是最初限于原子域的不确定性转变为宏观不确定性，然后可以通过直接观察来解决。 这使我们不能天真地接受一种代表现实的“模糊模型”。它本身并不包含任何不明确或矛盾的东西。在摇晃或离焦照片和云雾片的快照之间存在差异。

根据多世界理论，每一个事件都是分支点。不论盒子是封闭的还是敞开的，猫是活的，也是死的，但是，活猫与死猫是处于宇宙的不同分支，这些分支都同样的真实，但是彼此之间不能相互作用。图：Christian Schirm

薛定谔着名的思想实验提出了一个问题，“量子系统何时停止作为状态叠加而成为一个或另一个？” （从技术上讲，实际的量子态何时停止为状态的非平凡线性组合，每个状态都类似于不同的经典状态，而是开始具有独特的经典描述？）。如果猫存活下来，它会记得只有活着。但是，与标准微观量子力学相一致的EPR实验的解释要求诸如猫和笔记本之类的宏观物体并不总是具有独特的经典描述。思想实验说明了这种明显的悖论。我们的直觉告诉我们，没有观察者可以处于混合状态，然而猫，从思想实验看来，可以处于这种混合状态。猫是否需要成为观察者，或者它是否存在于一个明确定义的经典状态中需要另一个外部观察者？ 对爱因斯坦来说，每一个选择似乎都是荒谬的，因为思维实验的能力给这些问题带来了深刻的印象。在写给薛定谔1950年的一封信中，他写道：除了劳厄（1879-1960，德国物理学家，曾获1914年诺贝尔物理学奖）之外，你是唯一一位当代物理学家，他们中的大多数人根本看不出他们在玩什么冒险的游戏——现实是独立于实验建立的东西。 然而，他们的解释被你们的放射性原子 放大器 火药电荷 盒子里的猫系统最优雅地驳斥了，在这个盒子里，系统的波函数既包含活着的猫，也包含被炸成碎片的猫。没有人真的怀疑猫的存在与否是独立于观察的行为。

请注意，薛定谔的装置中没有提到火药的装药，它使用盖格计数器作为放大器以及使用氢氰药物来代替火药。15年前，爱因斯坦在给薛定谔的最初建议中已经提到了火药，爱因斯坦把它带到了今天的讨论中。

生活在苏黎世哈滕斯特拉斯 9号花园中的猫咪体型，埃尔温·薛定谔在1921-1926年居住这里。 根据光照条件，猫要么活着，要么死去了。图：Koogid

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