薛丁格的貓是指什麼,為什麼會出現「既死又活」的貓?

貓在日常生活中特別常見，如寵物貓、叮噹貓、加菲貓等，甚至是炒到了2千塊錢的星巴克貓抓杯，然而今天我們要說的這一隻貓在科學界影響非常大，不過卻是一個不真實存在的「貓」——薛丁格的貓。

對於大多人來說，關於量子力學根本說不出什麼所以然，但這隻貓卻與深奧的量子力學聯繫在了一起，為什麼一隻貓居然能如此輕描淡寫般的示意這樣的一個深奧理論呢？

其實薛丁格指的是埃爾溫·薛丁格（1887~1961），奧地利物理學家，發展了分子生物學，在量子理論方面貢獻很大，是量子力學的奠基人之一。

在物理學方面，他的薛丁格方程貫穿了整個量子力學課程學習，並在1933年被授予了諾貝爾物理學，但他最著名的卻不是薛丁格方程，而是「薛丁格的貓」，被廣泛應用於形象描述宏觀尺度與微觀尺度的量子疊加原理。

「薛丁格的貓」是怎麼來的呢？

其實這只是薛丁格為了反對哥本哈根學派關于波函數的觀點而提出的。當初以玻爾為首的哥本哈根學派提出了觀測對微觀粒子的影響。

如著名的電子雙縫實驗，他們在測量之前電子的自旋是不確定的，是測量使得電子的態矢量發生坍塌，同時產生出另一個方向電子的自旋。

簡單來說，哥本哈根學派的觀點就是任何系統都不具有確定性，沒有確定的狀態，只能用概率來度量他們的行為，而測量行為會影響系統並使概率變為1，這種情況被他們稱為波函數塌縮。

這個觀點也是我們現在大部分物理教科書上的觀點，在我們觀察某個東西之前，它處於每種可能的疊加態，而我們觀察到的情況就是由于波函數塌縮，概率變成了1所導致的。

但是這種波函數塌縮解釋是薛丁格，愛因斯坦無法接受的，認為哥本哈根學派違反了狹義相對論，他們認為在電子雙縫實驗中，電子在產生的那一刻就已經有了確定的自旋方向，只是量子力學無法表達出來而已，即量子力學是不完備的。

於是薛丁格和玻爾等人展開了激烈的爭論，並在1935年提出了「薛丁格的貓」這個思想實驗以此來反對哥本哈根學派的觀點。

頭腦風暴——「薛丁格的貓」

這是由薛丁格提出的一項思想實驗，是指將一隻貓關在一個裝有少量鐳和氰化物的密閉容器裡，其中鐳有可能會發生衰變，也有可能不發生衰變，這兩個事件發生的概率相等。

如果鐳發生衰變的話，就會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子，貓就會死亡；如果鐳不發生衰變的話，那麼貓就能活下來。

哥本哈根學派的觀點：

如果把貓作為量子力學的研究對象，它被裝進密閉容器內的狀態應就可以被波函數描寫，也就是說一直到容器被打開之前，貓的狀態都是未知的，所以這隻貓被認為處於同時活著和死了的一個量子疊加態。

而在觀測者打開箱子的那一刻，貓被迫選擇了一種狀態，或者活著、或者死了，即貓的生死是由你的觀察來決定的，進一步可以認為，如果你打開容器貓死了，那麼就是你的觀測殺死了貓！

密閉容器內的貓是死還是活呢？

這取決於鐳是否發生衰變，因為我們不確定鐳是否衰變，這樣鐳也處於一個衰變和非衰變的一個疊加態。

那麼鐳是否會發生衰變呢？

答案肯定是未知的，因為衰變的概率取決於量子的隨機性。

那麼我們如何知道這隻貓是死是活呢？

根據量子力學理論，放射性的鐳是處於衰變與不衰變的兩種狀態中，所以在打開容器之前，這隻貓應該是處於死或者活的疊加態，也可以認為這隻貓是處在一個典型的量子糾纏狀態，直到打開容器的那一刻，這種疊加態才能消失並確定貓是死還是活。

而這隻既死又活的貓就是所謂的「薛丁格的貓」，是薛丁格試圖從宏觀來解釋微觀方面的一個假想實驗，自然也就無法實際進行，更無法進行實驗驗證。