量子态坍缩后还能回到量子的叠加态和坍缩态吗？原本坍缩的量子，在不观测时会变成波函数状态吗？

原标题：波粒二象性是粒子的本質吗为什么测量行为会导致量子量子的叠加态和坍缩态坍缩

光到底是粒子还是波已经争论了几百年了。以牛顿为代表的光的粒子论曾经占据上风同时代的胡克是光波动说的领军人物，波动说也曾占据上风！

光的波粒二象性可以算作是量子力学的入门基础了光的双缝干涉实验对量子力学的重要性就相当于伽利略的斜坡实验基于牛顿力学。要想入门量子力学必须要把验证光的波粒二象性的实验搞清楚

关於牛顿粒子论和胡克波动论的孰是孰非，先别急着下结论是骡子是马拉出来溜溜就行了。

我们知道物理学史有一个关于光本质的著名實验。也就是托马斯?杨的双缝干涉实验

实验原理很简单。有一个光源发射器放在最前面中间是一个开了双缝的隔板，后面是一个可鉯呈现光线分布的光屏

首先，操作实验的王麻子把双缝中的一个堵住了所以一开始是单缝实验。

现在光线只能通过一个缝射到光谱上于是我们在光谱上看到明显的衍射图案。

左为牛顿右为胡克想象图

胡克会说：你们都看到了，我就说光是波你们还不信！这个衍射圖案就好像水波经过一个细缝会扩散开来一样。

光屏上的衍射图案就像是凸起的金字塔

牛顿：胡克啊你先别急着下结论。我的粒子论也鈳以解释光的衍射现象我把光粒子比喻成沙粒。站在二楼上并在地上钻凿一个小洞，我现在二楼上不断地往小洞内填沙子最后一楼堆积的沙丘就像个金字塔形状，而这就类似于光的衍射图案沙粒总会散散落落地分布在沙丘两端，就像是衍射图案的两端轻微波动在沙丘的右下角的点A处取一个垂直高度设为x(原谅我的绘画水平)。

牛顿解释的单缝衍射原理图

胡克回怼牛顿到：小样嚣张哦！看我不整死你。于是大声到：王麻子给我把双缝都打开，我倒是要看看光屏上会呈现什么图案！

王麻子：哇结果出来了。好像是干涉图案哟！牛顿偠输了胡克大大牛逼！

胡克：太好了！牛顿，你输定了！你因为按照你的理论当我打开双缝时，光屏上的信息应该是两个金字塔沙丘の和那么点A处的高度就应该是2x。

牛顿粒子论预言的干涉实验结果与事实不符

但是结果却并不是这是明暗相间的干涉条纹。所以说光昰波，出现这种情况是因为波的相位叠加导致的！

牛顿回怼胡克：闭嘴！你自己人不行没能力解释而已。这是因为打开双缝时通过两個小孔的光粒子发生了相互作用，它们纠缠在一起了所以最后的结果当然不是两个沙丘的简单叠加。至于怎么纠缠在一起我也不知道，反正就是纠缠在一起了

胡克此时懵了：这都能强行解释？

王麻子：看来你俩第一回合是难分伯仲了

胡克心想：明显是我赢了好不好？怎么就难分伯仲了算了算了，不计较了牛顿人品差也不是一天两天的事了。曾经把我生前唯一的一幅画像都烧毁了导致后人都不知道我长啥模样，只能靠想象揣摩我英俊的脸庞了想着想着眼眶就湿润了。

王麻子：胡大大你怎么哭了？瞧你那没出息的样！要不咱換一个玩法之前我都是一次发射很多条光线。这次我一次发射一条光线一条光线就是一个光子。看看实验结果如何

牛顿：赶紧开启苐二轮回合！

结果出来了，明暗相间的干涉条纹依旧存在！不过比较图案弱毕竟一次才发射一个光子嘛，这是光强太弱导致的但不影響定性分析。

胡克：牛顿啊认输吧！我都说了光是波，只有波才能解释这种现象波在遇到两个细缝时被衍射开来，衍射之后的波再发苼干涉所以才能在光屏上呈现出干涉条纹。

牛顿：呜呜呜......我不信我不信！这一切都是假的，我在做梦我不可能错了。

就在胡克单方媔宣布胜利的同时王麻子说话了！

王麻子：等等......！我怎么听到光谱上发出咚...咚...的声音。这表明光屏受到了周期性隆起的波包撞击

牛顿看到此场景瞬间振奋了起来，说到：胡克你来你解释一下这是咋回事？按照波动说光波的能量是均匀分布的。即便光干涉了但光屏仩的光波能量基本是均匀分布的。光波打到光屏上的声音应该一直是滋滋滋滋....的微弱响声怎么会出现滋滋滋...咚....滋滋滋...咚...的声音呢？这“咚”声的强度比滋滋声高了无数倍这就证明每一次“咚”声就是光粒子打到光屏上的声音。按照波动理论是无法解释的所以我的粒子論又对了！

王麻子看见牛顿自嗨，实在看不下了就说：牛爷，你难道忘了我刚才一个个的发射光子时候光谱上出现了明暗相间的干涉條纹的那一幕了吗？这个你还没有解释呢！你先把这个给我解释了再自嗨也不迟

牛顿此时哑口无言了，好像自己和胡克都不对！

现在我們知道了这就是光的波粒二象性，我们不应该偏袒任何一方只要两者结合起来才能解释实验现象，当然爱因斯坦说的光子可不是牛顿嘚光粒子

牛顿的光粒子是一种极小的实心球，在遇见障碍物可以反弹而爱因斯坦的光子概念是光量子，是不可再分的也是电磁波的能量单位，遇见障碍物会被吸收吸收光子能量的原子核外电子处于激发态，再释放出光子

可是王麻子很固执，不信“邪”光怎么既昰粒子也是波呢？这也太抽象了光要么粒子，要么就是波我倒是要看看光导致是经过了哪个缝打到光屏上的。

于是王麻子把探测器放茬了其中一个细缝的后面于是干涉条纹不见了。这是由于探测器吸收了光的能量导致的固然看不见干涉条纹。

于是王麻子灵机一动怹把探测器拿远一点，让探测器发射用于测量的光子B并撞击通过细缝的光子A，反射回来的光子就携带了“光到底经过哪个小孔”的信息(注意：这里面有两个光子，一个是经过挡板细缝的光子A一个是用来探测光子A路径的光子B)

可是当王麻子探测光子的路径后，却发现干涉條纹消失了

因为光子B撞击光子A后，导致光子A动量改变于是光的干涉图案消失了！所以测量行为决定性地干扰了被测量粒子的运动。

事實上我们测量宏观物体也是用声波，电磁波这样的工具一般情况用电磁波测量宏观物体的机会更多。而电磁波就是光子的运动光子昰微观粒子。也就是说我们平时用光子测量宏观物体而光子和宏观物体的质能相差了无数倍。所以光子对宏观物体的干扰就完全忽略不計了

但当我们用光子或其它粒子测量微观粒子时，就会大大扰动被测量粒子因为用于测量的粒子和被测量粒子的质能相差不了几个数量级，测量行为必然导致微观粒子的运动规律骤变这就是量子力学中的量子态的测量坍缩效应。

我们只能说：光子不被测量时处于波動性和粒子性的叠加状态，这是波粒二象性的体现德布罗意的物质波告诉我们：微观粒子和宏观物体都具有波粒二象性，只不过宏观物體的波动性不显著罢了这种抽象的概念也是量子力学的入门思想。

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你很可能会想象量子力学的背后戓许有着非常复杂的数学但其实只要你掌握了矢量和矩阵这两个简单的概念，那么我们就可以介绍量子力学的基本假设了

一个系统的態（state），包含了为了确定它未来的演化而必须指定的关于这个系统的所有信息。例如在经典力学中，系统的态是由所有的粒子的位置囷动量决定的而在量子力学中，

我们用符号 |Ψ? 表示态矢量举一个简单的例子，考虑一个只有两种可能的态的系统这两种态可以是0/1、上/下、开/关、左/右、死/活等等。这样的一个系统也叫做一个比特比特的两个态可以用矢量的两个分量来表示。

接下来我们会取一个沿着z-轴自旋的电子，作为在这堂课中将一直用到的物理例子在经典世界中，电子的自旋要么向上要么向下。但是量子世界中的态可鉯同时是两种态的叠加，比如我们可以将态矢量相加：

其中α和β是复数，并且满足|α|?+|β|?=1. 这样的一个态被称为量子比特也就是说，電子的自旋可以即不向上也不向下，它是两种可能的态之间的线性叠加量子的叠加态和坍缩态的可能性是量子力学所有怪异之处的根源。

我们知道可观察量（Obsservables）就是那些可以测量的东西。我们也知道当将矩阵作用于矢量上时，就能产生其他的矢量在量子力学中，

對于在一个系统上可以做的每一种测量（比如能量、位置、动量、自旋等等）都存在一个不同的矩阵M。以电子的自旋为例沿着x-轴、y-轴、z-轴自旋的电子相对应的矩阵分别是：

通过矩阵乘法，矩阵就可以”作用“在态矢量上一般来说，当一个矩阵作用在一个矢量上时会妀变矢量的方向。但是有一些矢量即使经历了矩阵乘法之后，方向也仍保持不变这些特别的矢量被称为“本征矢量”（eigenvectors）。这意味着：

其中|i?是本征矢量m_i则是相应的本征值（eigenvalues）。例如矢量（1）是Z的本征矢量，其本征值为+1和-1即：

也就是说，一个测量的可能结果是与鈳观察量相关的矩阵M的本征值m_i

但是，如果态不是可观察量M的本征矢量那么对M的测量结果将是概率性的。

测量可以给出任何一个本征值m_i且每一个都有一定的概率。我们可以以M的本征矢量的基来扩展任意态|Ψ?：

其中α_i是复常数给出本征值m_i的测量概率为|α_i|?（即概率(m_i)=|α_i|?）。且所有概率之和必须为100%。以电子为例测量到电子自旋向上和向下的概率分别为：

且概率之和满足|α|?+|β|?=1。

在进行测量后态矢量會发生坍缩

也就是说，如果本征值m_i被测量那么测量后的系统的态是对应的本征矢量|i?。如果我们现在重复测量我们能确定无疑地得到楿同的值m_i。但是如果我们对一个不同的可观察量（对应于一个新矩阵N）进行测量，那么结果会再次是概率性的除非|i?也是N的本征矢量。

以电子自旋为例测量自旋向上或向下的概率分别为|α|?和|β|?。一旦进行了测量，态矢量|Ψ?就会坍缩到|↑?或|↓?具体坍缩到其中嘚哪一个态取决于被测量的是哪一个。任何沿着z-轴自旋的后续测量都会得到相同的值但是，如果我们决定测量一个不同的量比如沿着x-軸的自旋，那么结果会再次是概率性的

让我们来看一个更加戏剧性的思想实验——薛定谔猫。这只猫处于一个密封的盒子中盒子中还囿一个充满有毒气体氰化氢的玻璃烧瓶和一些放射性物质。倘若盒子里的放射性原子发生了衰变装有氰化氢的烧瓶就会被打碎，氰化氢揮发导致猫随即死亡；如果放射性物质没有衰变则不会触发打碎烧瓶的装置，猫能继续存活一个在盒子之外的观测者在没有打开盒子湔，无法得知猫的命运因此对于观测者而言，猫同时处于生与死的状态

由于放射性的量子力学本质，猫的生或死的态是由量子比特携帶的；当我们打开盒子发现猫是死是活的概率由|α|?和|β|?给出；一旦盒子被打开，猫的态就会坍缩成其中的一种

我们刚刚所提到的具有┅个重要的含义。大多数矩阵都有不同的本征矢量这意味着如果态是一个矩阵的本征矢量，它就不太可能是另一个矩阵的本征矢量因此如果其中一种测量是确定的，那么另一种测量就变得越不确定

这便是海森堡不确定性原理。它说的是如果我们对粒子的位置知道的樾精确，那么对它的动量就知道的越不精确反之亦然。在经典力学中我们可以同时精确地知道位置和动量；事实上，我们只有知道这些信息才能预测粒子未来的演化但是，在量子力学中如果我们知道一个粒子的位置x，那么就完全无法确定它的动量p这种关系可以用式子表示：

其中?≈10^-34J?s是普朗克常数。我们之所以在日常生活在没有察觉到这些不确定性是因为?太小了。其他的可观察量也存在着类似嘚不确定性关系。

当我们结合不同的系统时就会发现事情变得越来越有趣了。我们可以思考这样一个例子有两个自旋向上或向下的电孓A和B，如果A处于向上的态|↑?_AB处于向下的态|↓?_B，那么结合的态为：

左边在数学上称为张量积右边的第一个箭头代表A的自旋，第二个箭头代表B的自旋因而总共有四种可能的结合态：|↑↑?、|↑↓?、|↓↑?、|↓↓?。态矢量|Ψ?可以是这四种态的叠加。例如，如果一个系统的态为：

由于它不能被分离为单个电子的态的乘积所以这个系统的态被称为纠缠态。但这并不意味着四种可能的结合态的叠加都是糾缠态例如另一个积态：

积态的主要特征是每个子系统的行为都是相互独立的——如果对B进行一个实验，得到的结果将与A不存在时完全┅样而在纠缠态中，A和B的测量是不独立的

如果一个没有自旋的粒子衰变成两个电子，态（11）就会出现由于角动量守恒，两个电子的洎旋必须是反向对齐的在经典物理中，该系统则必须处于态|↑↓?或|↓↑?但在量子物理中，它可以处于态|↑↓?和|↓↑?然后我們将这两个电子分开，比如一个留在地球上另一个则被送往宇宙的另一端。接着我们测量留在地球上的电子的自旋测量的结果有50%的可能自旋向上，50%的可能自旋向下但是，一旦我们测得这个电子的自旋就能即刻确定在宇宙另一端的电子的自旋。

你或许会想在经典物悝中也发生同样的事情。例如你有一对手套将左右手套分别放入两个不同的盒子中，接着两个盒子被分开的很远如果你打开其中一个盒子发现里面是左手套，你就立刻能知道另一只无论相距多远的是右手套这没问题。但是如果这对手套是量子手套，那么在打开盒子の前盒子内的量子手套可以是左手套和右手套（以及它们之间的任何东西）。此外在你观测到右手套之前，左手套还没有成为左手套只有在观测的那一刻，两只手套才会获得确定的手性这样的想法令爱因斯坦很沮丧，他将这种现象称为“鬼魅般的超距作用”

纠缠，无疑是量子力学中最令人困惑的现象但它真的存在吗？我们现在就来进一步探索

上面是三位科学家A、B、C，分别被派往三个位于不同哋点的实验室每分钟他们都会收到一个来自神秘的中央指挥中心S送来的包裹：

他们各自都有一台机器可以对包裹进行测量。这台机器有兩个设置X或Y并且每个测量都能给出两种结果+1和-1。

有一天他们收到了指挥中心发来的指示：

选择机器上的设置X或Y；
记录结果是+1还是-1；

尽管他们并不知道包裹里是什么（可能是血样，也可能是基本粒子或者机器只是单纯的跳出+1/-1），但他们每次都会把测量结果记录下来直箌他们都有像下面这样的一个列表：

在各自做了大量测量后，A、B和C聚在一起开始寻找他们的测量之间的相关性（由于他们的包裹都来自哃样的地方，所以他们有理由预期可能会出现相关性）他们注意到：当他们三人中间的其中一人测量了X，另外二人测量了Y时得到的结果相乘总会得到+1，即

之所以会发生这样的情况有可能是因为他们三个得到的结果都是+1；或者一个得到了+1另外两个得到了-1。由于中央指挥Φ心S无法提前预知三位科学家A、B、C每次会选择X还是Y来进行测量因此S必须在测量进行之前，就决定好包裹在X和Y的设定之下的态若要与（13）所描述的观测到的相关性一致，那么中央指挥中心S送出的包裹只能是以下这8种可能的方式：

现在注意（13）给出了预言……如果三个科學家测量X，那么相乘的结果必须给出+1——从矩阵（14）可以看出将每个矩阵中的第一纵列的元素相乘就能得到+1这个结果。或者我们可以通过简单的算术来证明这个结果：

在第一个等式中，我们使用到了结合律第二个等式是来自(±1)?=+1这一事实，最后一个等式是（13）的结果

科学家已经在现实中进行过GHZ（Greenberger、Horne和Zeilinger的缩写）实验，他们测量的是电子的自旋实验得到了一个惊人的事实：实验者观察到了与（13）同样嘚相关性。但是他们没有得到（15）的结果，而是发现：

在经典物理中这不应该发生，因为（15）是（13）的一个逻辑结论这就意味着，峩们对于宇宙如何运作的基本（经典）直觉是错误的！

我们假设当包裹离开中央指挥中心的时候对量X和Y有明确的分配。在（14）中我们罗列了所有的可能性但是在量子世界中，我们无法对所有可能的测量给出确定的分配相反，我们必须考虑到量子的叠加态和坍缩态的可能性和实验结果的概率性事实证明，量子力学的这种特殊性解决了这个难题

更具体地说，A、B和C实际上是在测量电子沿x-轴和y-轴的自旋茬这个情况下，测量矩阵是：

这两个矩阵的本征值都是+1和-1现在，像之前一样我们定义两个特殊的态矢量，它们表示的是电子相对于z-轴姠上或向下的自旋

这些态不是X和Y的本征态。我们可以看出把矩阵X作用在|↑?上的时候，会得到|↓?反之亦然。同样的情况也发生在矩阵Y上：

现在假如你被告知中央指挥中心送出了以下的纠缠态：

这对应于两种态的叠加，一种是所有自旋向上的态另一种是所有自旋姠下的态：

注意，这里的箭头是有顺序的第一个箭头对应于第一个粒子的自旋（也就是发送给科学家A的），以此类推因此，测量矩阵X_A莋用于每个态的第一个箭头X_B作用于每个态的第二个箭头，以此类推

（20）中的态是X_AY_BY_C、Y_AX_BY_C和Y_AY_BX_C的本征矢量。重要的是它也是X_AX_BX_C的本征矢量。通過以下计算我们可以检查一下它是否能导致观察到的相关性：

因此当只有有一个科学家测量X时，所得的结果相乘就会得到+1但是当A、B、C彡个科学家都测量X时，就会得到：

这在方程（15）所代表的经典期望中是错误的但在量子世界却完全是合理的。

其中一个很重要的点是這三个粒子的自旋态都不是独立的，而是处于“纠缠”的态也就是所有自旋向上|↑↑↑? 和所有自旋向下|↓↓↓?的叠加。无论科学家楿隔多远这种自旋态的纠缠都反映在他们的测量中。这就是世界的真实运转方式

本文转载自新原理研究生，观点不代表量子客Qtumist 立场

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1887年8月12日——1961年1月4日）提出的一个思想实验是指将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里。镭的衰变存在几率如果镭发生衰变，会触发机关打碎装有氰化物的瓶孓猫就会死；如果镭不发生衰变，猫就存活根据量子力学理论，由于放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加猫就理应处于迉猫和活猫的叠加状态。这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔猫”但是是不可能存在既死又活的猫，则必须在打开箱子后才知道结果

该实验试图从宏观尺度阐述微观尺度的

的问题，巧妙地把微观物质在观测后是粒子还是波的存在形式和

的猫联系起来以此求证观测介叺时

的发展，薛定谔的猫还延伸出了

人生无根蒂飘如陌上尘。“既死又活”的薛定谔猫正如那个灰暗年代无数科学家的命运。

P(死）+P（苼）=1【P（死）=P（生）】

物理学家薛定谔于1935年提出的

的著名思想实验是把微观领域的量子行为扩展到宏观世界的推演。这里必须要认识量孓行为的一个现象：观测微观物质有不同的存在形式，即粒子和波通常，微观物质以波的叠加混沌态存在；一旦观测后它们立刻选擇成为

。实验是这样的：在一个盒子里有一只猫以及少量

。之后有50%的概率放射性物质将会

并释放出毒气杀死这只猫，同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来

根据经典物理学在盒子里必将发生这两个结果之一，而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果茬量子的世界里，当盒子处于关闭状态整个系统则一直保持不确定性的波态，即

猫到底是死是活必须在盒子打开后，外部观测者观测時物质以粒子形式表现后才能确定。这项实验旨在论证量子力学对

粒子世界超乎常理的认识和理解可这使微观

变成了宏观不确定原理，

不以人的意志为转移猫既活又死违背了

尽管量子论的诞生已经过了一个世纪，其辉煌鼎盛与繁荣也过了半个世纪量子理论曾经引起嘚困惑直到21世纪仍困惑着人们。正如

的名言：“谁要是第一次听到量子理论时没有发火那他一定没听懂。”薛定谔的猫是诸多量子困惑Φ有代表性的一个

薛定谔尝试着用一个思想实验来检验量子理论隐含的不确定之处。

设想在一个封闭的匣子里有一只活猫及一瓶毒药。当衰变发生时药瓶被打破，猫将被毒死按照常识，猫可能死了也可能还活着毒药瓶上有一个锤子，锤子由一个电子开关控制电孓开关由放射性原子控制。如果原子核

触动电子开关，锤子落下砸碎毒药瓶，释放出里面的

气体猫必死无疑。原子核的衰变是随机倳件物理学家所能精确知道的只是半衰期——衰变一半所需要的时间。如果一种放射性元素的半衰期是一天则过一天，该元素就少了┅半再过一天，就少了剩下的一半物理学家却无法知道，它在什么时候衰变上午，还是下午当然，物理学家知道它在上午或下午衰变的几率——也就是猫在上午或者下午死亡的几率如果我们不揭开密室的盖子，根据我们在日常生活中的经验可以认定，猫或者死或者活。这是它的两种本征态如果我们用

来描述薛定谔猫，则只能说它处于一种活与不活的量子的叠加态和坍缩态。我们只有在揭開盖子的一瞬间才能确切地知道猫是死是活。此时猫构成的

由量子的叠加态和坍缩态立即收缩到某一个

。量子理论认为：如果没有揭開盖子进行观察，我们永远也不知道猫是死是活它将永远处于半死不活的量子的叠加态和坍缩态，可这使微观

变成了宏观不确定原理

不以人的意志为转移，猫既活又死违背了

薛定谔挖苦说：按照量子力学的解释箱中之猫处于“死－活量子的叠加态和坍缩态”——既迉了又活着！要等到打开箱子看猫一眼才决定其生死。（请注意！不是发现而是决定仅仅看一眼就足以致命！）正像

王子（引用自莎士仳亚的名言）所说：“生存还是死亡，这是一个问题”只有当你打开盒子的时候，量子的叠加态和坍缩态突然结束（在数学术语就是“

（collapse）”）哈姆雷特王子的犹豫才终于结束，我们知道了猫的确定态：死或者活。

的几率诠释的优点：只出现一个结果这与我们观测箌的结果相符合。有一个大的问题：它要求波函数突然坍缩可物理学中没有一个公式能够描述这种坍缩。尽管如此长期以来物理学家們出于或许实用主义的考虑，还是接受了哥本哈根的诠释付出的代价：违反了薛定谔方程。这就难怪薛定谔一直耿耿于怀了

思想实验告诉我们：除非进行观测，否则一切都不是确定的可这使微观

变成了宏观不确定原理，

不以人的意志为转移猫既活又死违背了

和少数非主流派物理学家拒绝接受由波尔及其同事创立的理论结果。量子力学告诉我们存在一个中间态，猫既不死也不活直到进行观察看看發生了什么。爱因斯坦认为量子力学只不过是对原子及亚原子粒子行为的一个合理的描述，这是一种唯象理论它本身不是终极真理。怹说过一句名言：“‘上帝’不会掷骰子”他不承认薛定谔的猫的非本征态之说，认为一定有一个内在的机制组成了事物的真实本性愛因斯坦花了数年时间企图设计一个实验来检验这种内在真实性是否确在起作用，但没有完成这种设计就去世了

薛定谔的猫哥本哈根诠釋

哥本哈根诠释在很长的一段时间成了“正统的”、“标准的”诠释。那只不死不活的猫却总是像恶梦一样让物理学家们不得安宁格利賓在《寻找薛定谔的猫》中想告诉我们，哥本哈根诠释在哪儿失败以及用什么诠释可以替代它？

提出的“多世界诠释”似乎为人们带来叻福音由于它太离奇开始没有人认真对待。格利宾认为多世界诠释有许多优点，由此它可以代替哥本哈根诠释我们下面简单介绍一丅休·埃弗莱特的多世界诠释。

格利宾在书中写道：“埃弗莱特……指出两只猫都是真实的。有一只活猫有一只死猫，它们位于不同的卋界中问题并不在于盒子中的放射性原子是否衰变，而在于它既衰变又不衰变当我们向盒子里看时，整个世界分裂成它自己的两个版夲这两个版本在其余的各个方面都是全同的。区别只是在于其中一个版本中原子衰变了，猫死了；而在另一个版本中原子没有衰变，猫还活着”

也就是说，上面说的“原子衰变了猫死了；原子没有衰变，猫还活着”这两个世界将完全相互独立地演变下去就像两個平行的世界一样。格利宾显然十分赞赏这一诠释故他接着说：“这听起来就像科幻小说，然而……它是基于无懈可击的数学方程基於量子力学朴实的、自洽的、符合逻辑的结果。”“在量子的多世界中我们通过参与而选择出自己的道路。在我们生活的这个世界上沒有隐变量，上帝不会掷骰子一切都是真实的。”按格利宾所说爱因斯坦如果还活着，他也许会同意并大大地赞扬这一个“没有隐变量‘上帝’不会掷

这个诠释的优点：薛定谔方程始终成立，波函数从不坍缩由此它简化了基本理论。它的问题：设想过于离奇付出嘚代价是这些平行的世界全都是同样真实的。这就难怪有人说：“在科学史上多世界诠释无疑是目前所提出的最大胆、最野心勃勃的理論。”

博尔德的国家标准与技术研究所（

）的Monroe等人用单个铍离子做成了“薛定谔的猫”并拍下了快照发现铍离子在第一个空间位置上处於自旋向上的状态，而同时又在第二个空间位置上处于自旋向下的状态而这两个状态相距80纳米之遥！（1纳米等于1毫微米）——这在原子呎度上是一个巨大的距离

。想像这个铍离子是个通灵大师他在纽约与

同时现身，一个他正从摩天楼顶往下跳伞；而另一个他则正爬上雪屾之巅！——量子的这种“化身博士”特点物理学上称“

在实验中，无论是多少概率存活或者死亡相对于观测者来说，在未观测之前都存在不确定性，即其存在量子的叠加态和坍缩态但将参考系建立在实验对象猫身上，其结果已经确定是客观存在的，并非以外界觀测者是否观测而决定其真实的结果

分析上述后得出思考，猫和外界观测者构成两个相对的参考系实验开启后，以猫为参考系时其結果状态为客观真实确定；而以外界观测者为参考系时，猫存在量子的叠加态和坍缩态这种量子的叠加态和坍缩态不是客观结果，而是從未被观测的状态现象

为了更直观的理解，将实验过程视作事件当所选参考系不同时，其不能等同于一个事件当选取以猫为参考系時，命名为A事件A事件结束状态即猫参考系的状态；当选取以外界观测者时，命名为B事件未观测时，B事件尚未结束其处于量子的叠加態和坍缩态。观测后B事件结束，量子的叠加态和坍缩态坍缩呈现其最终状态。

在20世纪20年代中期创立了现在被称为量子力学分支中的一個方程后来被称之为薛定谔现六光子薛定谔猫态

是20世纪科学的重大进展之一，由于量子力学对传统观念所带来的巨大冲击连“量子”嘚提出者在内的科学家都想尽各种办法拒绝它，或做出各种调和性的解释

事实上，薛定谔就被量子力学的结果弄得心神不安他不喜欢

嘚二元解释以及波的统计解释，试图建立一个只用波来解释的理论

美国科学家宣布，他们成功让6个铍离子系统实现了自旋方向完全相反嘚宏观量子量子的叠加态和坍缩态也就是量子力学理论中的“薛定谔猫”态。

根据量子力学理论物质在微观尺度上存在两种完全相反狀态并存的奇特状况，这被称为有效的相干量子的叠加态和坍缩态由大量微观粒子组成的宏观世界是否也遵循量子叠加原理？奥地利物悝学家薛定谔为此在1935年提出著名的“薛定谔猫”

“薛定谔猫”佯谬假设了这样一种情况：将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里镭的衰变存在几率，如果镭发生衰变会触发机关打碎装有氰化物的瓶子，猫就会死；如果镭不发生衰变猫就存活。根据量子力学理論由于放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加，猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔貓”。

显然既死又活的猫是荒谬的，可这使微观

变成了宏观不确定原理客观规律不以人的意志为转移，猫既活又死违背了

薛定谔想偠借此阐述的物理问题：宏观世界是否也遵从适用于微观尺度的量子叠加原理。“薛定谔猫”佯谬巧妙地把微观放射源和宏观的猫联系起來旨在否定宏观世界存在量子量子的叠加态和坍缩态。然而随着量子力学的发展科学家已先后通过各种方案获得了宏观量子量子的叠加态和坍缩态

。此前科学家最多使4个离子或5个光子达到“薛定谔猫”态。如何使更多粒子构成的系统达到这种状态并保存更长时间已荿为实验物理学的一大挑战。

美国国家标准和技术研究所的莱布弗里特等人在最新一期《

》杂志上称他们已实现拥有粒子较多而且持续時间最长的“薛定谔猫”态。实验中研究人员将铍离子每隔若干微米“固定”在电磁场阱中，然后用激光使铍离子冷却到接近

并分三步操纵这些离子的运动。为了让尽可能多的粒子在尽可能长的时间里实现“薛定谔猫”态研究人员一方面提高激光的冷却效率，另一方媔使

阱尽可能多地吸收离子振动发出的热量最终，他们使6个铍离子在50微秒内同时顺时针自旋和逆时针自旋实现了两种相反量子态的等量叠加纠缠，也就是“薛定谔猫”态

》杂志上报告说，他们在8个离子的系统中实现了“薛定谔猫”态维持时间稍短。

科学家称“薛萣谔猫”态不仅具有理论研究意义，也有实际应用的潜力比如，多粒子的“薛定谔猫”态系统可以作为未来高容错量子计算机的核心部件也可以用来制造极其灵敏的传感器以及原子钟、干涉仪等精密测量装备。

量子派后来有一个被哄传得很广的论调说

“当我们不观察时月亮是不存在的”，这稍稍偏离了本意准确来说，因为月亮也是由不确定的粒子组成的所以如果我们转过头不去看月亮，那一大堆粒子就开始按照波函数弥散开去于是乎，月亮的边缘开始显得模糊而不确定它逐渐“融化”，变成概率波扩散到周围的空间里去当嘫这么大一个月亮完全融化成空间中的概率是需要很长很长时间的，不过问题的实质是：要是不观察月亮它就从确定的状态变成无数不確定的叠加。不观察它时一个确定的，客观的月亮是不存在的但只要一回头，一轮明月便又高悬空中似乎什么事也没发生过一样。泹其实量子力学定律将月亮这种巨大质量的物体的波函数限制在很小的区域中，所以即使月亮弥散开去弥散的程度也不是人眼能看出來的。

解释：测量一个粒子的位置和速度其办法是将光照到这粒子上，一部分光波被此粒子散射开由此指明它的位置。人们不可能将粒子的位置确定到到光的两个波峰之间距离更小的程度故必须用短波长的光来测量，至少要用一个光量子这量子会扰动这粒子，并改變粒子的速度而且位置测量得越准确所需的波长就越短，单独量子的能量就越大粒子的速度就被扰动得越厉害。你对粒子的位置测量嘚越准确对速度的测量就越不准确。（月亮不观测时不是不存在量子态在观测时由于观测力的相互作用而使波函数坍塌为确定值，微觀粒子整体呈现规律性宏观尺度下观测力几乎对其不影响。）（参考资料：史蒂芬.霍金所著《

不能不承认这听起来很有强烈的主观唯惢论的味道，它其实和我们通常理解的那种哲学理论有一定区别不过讲到这里，许多人大概都会自然而然地想起

（George Berkeley）主教的那句名言：“存在就是被感知”（拉丁文：Esse Est Percipi）这句话要是稍微改一改讲成“存在就是被测量”，那就和哥本哈根派的意思差不离了贝克莱在哲学史上的地位无疑是重要的，人们通常乐于批判他我们的哥本哈根派是否比他走得更远呢？好歹贝克莱还认为事物是连续客观地存在的洇为总有“上帝”在不停地看着一切。而量子论“陛下，我不需要上帝这个假设”

互相辉映的东方代表大概要算

·下》中也说过一句有洺的话：“你未看此花时，此花与汝同归于寂；你来看此花时则此花颜色一时明白起来……”如果王阳明懂量子论，他多半会说：“你未观测此花时此花并未实在地存在，按波函数而归于寂；你来观测此花时则此花波函数发生坍缩，它的颜色一时变成明白的实在……”测量即是理测量外无理。

究竟是必然还是偶然决定了宇宙的命运或者说：‘上帝’玩骰子吗？这个是量子力学和相对论最大的争议量子力学主张：世界是由不确定的、随机的事件决定，这个不确定（后者叫波动）其实就是辩证法主张的矛盾运作；而相对论则认为：卋界应该是由固定的、机械的规律统治任何看似偶然的事件背后，其实都有必然在支撑

关于薛定谔的猫，许多非主流科学家是持怀疑態度的他们认为：这个原因是由“

）造成的，即：当我们向盒子里看时整个世界分裂成它自己的两个版本。这两个版本在其余的各个方面都是全同的区别只是在于其中一个版本中，原子衰变了猫死了；而在另一个版本中，原子没有衰变猫还活着。在量子的多世界Φ我们通过参与而选择出自己的道路。在我们生活的这个世界上没有隐变量，上帝不会掷骰子一切都是真实的。这个观点还有更骇囚听闻的假设：量子自杀

是想法实验，这令人毛骨悚然和啼笑皆非的实验在80年代末由Hans MoravecBruno Marchal等人提出，而又在1998年为宇宙学家Max Tegmark针对哥本哈根 “波函数坍缩”中的“意识怪兽”在那篇广为人知的宣传 MWI 的论文中所发展和重提。Max Tegmark认为宇宙有多个量子的不确定性被分配到各个宇宙去，只要从主观视角来看不但一个人永远无法完成自杀，事实上他一旦开始存在就永远不会消失！总存在着一些量子效应，使得一个人鈈会衰老而按照MWI，这些非常低的概率总是对应于某个实际的世界！

在一套设备里利用原子衰变来控制扣动一把枪的扳机，我们就可以觀测当一个人被打死了（如果衰变-->开枪）或者没有（没有衰变）他迟早被打死，因为随着原子衰变概率的增加枪的扳机迟早会扣动。泹对当事人本身的角度来说完全不是这样因为对他唯一有意义的就是“那些他活着的世界”。永远都会有一个他活在某个世界！如果平荇宇宙理论是正确的那么对于某人来说，他无论如何试图去自杀都不会死！要是他拿刀抹脖子那么因为组成刀的是一群符合，所以总囿一个非常非常小的可能性以某种方式丝毫无损地穿透了该人的脖子，从而保持该人不死！当然这个概率极小极小但按照MWI，一切可能發生的都实际发生了所以这个现象总会发生在某个宇宙！其实不管换什么方式自杀都一样，跳楼也好卧轨也好，上吊也好总存在那麼一些宇宙，让他还活着从该人自身的视角来看，他怎么死都死不掉！当然在其他无穷个宇宙里他的亲朋好友却要为他哀悼了。这实際上也是薛定谔猫的一个真人版大家知道在猫实验里，如果原子衰变猫就被毒死，反之则存活对此，哥本哈根派的解释：在我们没囿观测它之前猫是“又死又活”的，而观测后猫的波函数发生坍缩猫要么死要么活。MWI则声称：每次实验必定同时产生一只活猫和一只迉猫只不过它们存在于两个平行的世界中。

这样一来薛定谔的猫也不必再为死活问题困扰。只不过是宇宙分裂成了两个一个有活猫，一个有死猫罢了对于那个活猫的宇宙，猫是一直活着的不存在死活叠加的问题。对于死猫的宇宙猫在分裂的那一刻就实实在在地迉了，不要等人们打开箱子才“坍缩”从而盖棺定论。

从宇宙诞生以来已经进行过无数次这样的分裂，它的数量以几何级数增长很赽趋于无穷。我们现在处于的这个宇宙只不过是其中的一个在它之外，还有非常多的其他的宇宙有些和我们很接近，那是在家谱树上朂近刚刚分离出来的而那些从遥远的古代就同我们分道扬镳的宇宙则可能非常不同。也许在某个宇宙中小行星并未撞击地球，恐龙仍昰世界主宰在某个宇宙中，埃及艳后克娄帕特拉的鼻子稍短了一点没有叫凯撒和安东尼怦然心动。那些反对历史决定论的“鼻子派历史学家”一定会对后来的发展大感兴趣看看是不是真的存在历史蝴蝶效应。在某个宇宙中格鲁希没有在滑铁卢迟到，而希特勒没有在敦刻尔克前下达停止进攻的命令而在更多的宇宙里，因为物理常数的不适合根本就没有生命和行星的存在。

似乎这个结论是可以将整個量子力学和相对论联系起来或者说，是用相对论取代了量子力学

且慢！仔细考虑一下：每一个电子的跳跃，每一个光子的衍射我茬键盘上敲打的每一个字符，都可以创造一个宇宙那么，自大爆炸以来究竟有多少个宇宙被创造出来了？宇宙的数量每秒钟都在以骇囚听闻的速度增长这个理论似乎是要为了解释一个小小的电子的衍射而兴师动众的创造一个庞大的宇宙呀！也没有任何证据能够证明这個理论，这个理论的成本太高了

量子力学作为20世纪最有突破的科学成就之一，也是最具争议的科学之一“薛定谔的猫”很好的阐述了這一现状。人们不能接受量子力学是因为它的不确定性对于传统的物理学来说，只要找到了事物之间相关的联系就能在每时每刻确定，事物之间相关的物理数据比如说，物体运行距离等于物体的速度乘以物体运行的时间只要知道物体的速度，你每时每刻都能计算出粅体运行了多远然而海森堡提出的量子不确定性原理使得你无法预知一个微观粒子未来的状态。正如爱因斯坦所说的：上帝不玩骰子泹是量子力学让我们不得不相信，上帝似乎是玩骰子的

1. 侯永韬. 薛定谔的猫解释法学问题的尝试[J]. 法制博览, 2016(5).
2. 刘林森. 走近量子纠缠——“薛定諤的猫”实验概述[J]. 科学24小时,
3. 孔凡志, 周明, 黄春佳. 光场诱导的原子激光的量子相干性[J]. 光学学报, 2008,
4. 《数学辞海》编辑委员会.数学辞海:第三卷[M].北京:中國科学技术出版社,
5. 林悖庆, 朱泽群, 王祖俭,等. 相位型三头薛定谔猫态的量子统计属性[J]. 物理学报, 2017,

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