薛丁格的貓是我們大多數人可能都聽說過的東西，但是我們當中有多少人真正知道它是什麼意思呢？
今天我們就來討論一下，薛丁格的貓是在說是什麼？
歐文·薛丁格是20世紀初的物理學家，對量子理論方面有很大的貢獻，並在1933年被授予諾貝爾物理學獎。相信物理系的朋友對他不會陌生，薛丁格方程會貫穿整個量子力學課程學習。
不過，他最著名的還是是「薛丁格的貓」，這是他為了反對哥本哈根學派關于波函數的觀點而用一隻貓做的思想實驗，但後來，被廣泛應用於形象描述宏觀和微觀物理體系的不同之處。
這一切是怎麼開始的呢？
量子力學自20世紀初誕生以來，對於原子及亞原子層次的物理現象方面的解釋取得了極大的成功。量子力學理論預言與實驗結果之間高度符合，讓大家從對量子力學原理半信半疑到承認它的正確。
大家都知道雙縫幹涉實驗，無論是光還是電子，穿過一個有並列雙縫的障礙物，在後面的屏幕上留下的是多條明暗相間的幹涉條紋，而不是兩條與雙縫對應的亮條。之後，科學家改成用單個光子或單個電子重複這個實驗，在屏幕上留下的仍然是幹涉條紋，它們並沒有像預期的那樣只走一條路。
這證明了光和電子的波的特性，並且量子力學很好的用波函數表明了幹涉條紋的明暗代表了概率。但之後，以愛因斯坦為代表的物理先驅和以玻爾為代表的哥本哈根學派對於這個波函數的概率開始了曠日持久的爭論。
假設一個自旋為0的介子衰變成電子對時，由於角動量守恆，所以分離出的兩個電子一定自旋相反，總自旋還是為0。那麼如果讓它們各自沿反方向飛行，然後測量電子的自旋。如果觀測者測得其中一個電子的自旋向上，他立即就知道了另一個電子自旋向下。
哥本哈根學派認為，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。這也是我們現在大部分物理教科書上的觀點。
但愛因斯坦和薛丁格定域的物理實在性觀點，認為哥本哈根學派違反了狹義相對論，他們認為電子在產生的那一刻就有了確定的自旋方向，只是量子力學無法告知而已.換言之，量子力學是不完備的。
薛丁格就用貓來做了一個形象的思想實驗。設想製作這樣一個黑箱子，把一隻貓咪放在裡面。這個黑箱子中有一個存放放射性物質的毒氣裝置，該物質可能發生原子衰變、也可能不發生原子衰變，這兩種過程的概率相等.倘若發生原子衰變，這個原子會觸發這個裝置，放出毒氣，貓咪就會死亡，若沒有衰變，貓咪則一切安好。
那麼，如果我們不打開箱子，這隻貓咪是死是活呢？
按照哥本哈根學派觀點，若可以把貓作為量子力學的研究對象，則在其被囚禁在黑箱子內以後，其狀態應可以被波函數描寫，換句話說，直到盒子被打開，貓的狀態是完全未知的，因此，貓被認為處於同時活著和死了的量子疊加態。
只有在外部觀測者打開箱子的那一時刻，貓被迫選擇了一種狀態，或者活著、或者死了.如果你發現貓死了，那麼哥本哈根學派量子力學對此悲劇的理解就是：你的觀測殺死了貓.
薛丁格認為打開黑箱前貓處在既死又活、非死非活的狀態這個結論是謬論。
量子理論是用來描述電子和質子等亞原子粒子行為的，它的核心是波函數的概念。波函數描述了這些粒子可能具有的所有狀態，包括能量、動量和位置等屬性。
但現在已經證明，量子態崩潰並不僅僅是由有意識的觀察者驅動的，事實上，量子粒子的每一次相互作用都會使它的狀態崩潰，這也是現在量子計算機面臨的一個問題。
「薛丁格的貓」不是一個真正的實驗，甚至不是任何科學理論的一部分。薛丁格用貓構建了他的假想實驗，以證明對量子理論的簡單誤解會導致與現實世界不相符的荒謬結果。它只是一個發明出來的比喻性質的說明工具。但不幸的是，當代許多人繼續傳播這樣的誤解——量子狀態(以及現實本身)是由有意識的觀察者決定的，用量子理論對現實、意識、甚至玄學的本質進行非實質性、非科學的討論，還很受歡迎，真是讓人哭笑不得。
如果喜歡這篇文章，請關注劉老師，每天帶來硬核科普。