薛定谔的猫，不仅仅是一个科学问题？更多的是哲学思考

物理中存在四大圣兽，不管是芝诺悖论产生的龟，还是永动机推动而来的麦克斯韦妖，抑或是背靠经典理论而出现的拉普拉斯妖，都随着科学的发展销声匿迹。虽然前三只神兽背后的猜想带来的科学精神值得后人尊敬，其中的故事也颇具传奇色彩，而且有趣。

但不可否认，新的理论必定会代替旧的思想。迄今为止，四只神兽剩下的当属薛定谔的猫，这只猫带来的惊奇，甚至说惊艳，一直推动物理革命的发展。这只猫产生的思考不止于物理科学，还渗透到其他科学中。那么，这只猫是如何惊艳的呢？这还得从薛定谔本人说起！

薛定谔，量子力学的巨匠

薛定谔全名Erwin Schrödinger，即埃尔温·薛定谔，1887年生于奥地利的科学家。如今世界各国争先秘密研究的量子科技，背后的量子理论就是在薛定谔等人的研究下建立的。他和另一位量子理论奠基人狄拉克，因为在原子理论上的研究有突出表现，共同获得1933年的诺贝尔物理学奖。

说到薛定谔的猫，其实薛定谔本人当初提出来是为了试图否定宏观下量子力学的缺陷，结果却恰恰证明了量子力学的完备性。他拥有很多成就，其中薛定谔方程可以说是他在量子理论的最高成就代表。说到这个方程，有人评价该方程，说它就是量子力学中的牛顿第二定律，由此可见这个方程在量子领域的地位。

神奇的猫的出现

量子理论的核心思想是不确定性，就是微观粒子的运动是不确定的，是随机的。这来自于另一位量子奠基人海森堡，他认为，任何粒子，我们不可能同时知道这个粒子的位置和速度。换句话说，某一时刻，你要去观察一个粒子的情况，你得到的信息只能是位置和速度中的一个，当然这是在微观中的理论，这其中牵涉的哲学问题也十分深奥。

用海森堡的话说：“在因果律中，认为知道现在，必定能推断出未来，而这得出的不是结论，而是前提，我们看见的不是全部细节，这是很明显的原则”。这样的学说，有违当时的人们的认知，包括很多科学家都无法接受。即使是研究量子力学的科学家，也有无数的疑问，其中最具代表性的当属薛定谔的猫。这只猫是一个猜想，这个猜想带来的疑问引发了一系列哲学问题。

薛定谔设想，在一个密室中有一只猫，还有装着毒药的瓶子和食物。瓶子上有一个开关控制的锤子，锤子落下来一定会砸碎瓶子，从而释放毒药毒死猫。而开关是由衰变物质控制的，需要明确的是，没有人知道什么时候衰变，也就不知道锤子掉下来的具体时间。最终科学家想要知道这只猫具体的时间是死还是活着？经典物理和量子理论都发表了自己的观点，且看不同的理论带来何种思考？

唯一活着的神兽带来的思维冲击

从经典物理的角度来分析，这只猫一定只有两种情况，要么猫死了，要么猫活着，任何时候都是如此，不会出现第三种情况。事实上，这也是很多人脑海里的思想。该思想所体现的，如果上升到哲学的境界，那是一种机械性的因果决定论观点。

从量子理论的角度来看，观点却是出乎意料的。量子力学的基本方程是薛定谔方程，根据薛定谔方程的推算，得出的结论是猫既是死的又是活的，准确地讲，猫是处于死与活的叠加性的状态下。如果非要清楚地知道猫对应时刻的生死状态，唯一的办法就是打开密室，但当你打开门的那一瞬间，叠加态立即坍缩，你看到的是唯一的状态，要么死，要么活。两者似乎都很有道理，你会选择接受哪一种？

薛定谔猫产生之前，人们充分地认识到微观世界是不同于宏观的。微观遵循量子力学，背靠不确定性原理。而薛定谔的猫带来的，却是把不确定性延伸到了宏观，而且是微观与宏观的不确定性的衔接。因为我们还可以从衰变物质的分子的角度分析，如果该分子衰变，则会引起开关触发，也就释放了毒药，反之不会。当然分子的运动是一个微观问题，那其运动就得用量子理论解释，这就是这只猫的惊艳之处。它是微观与宏观的桥梁，而且把量子理论带入到了宏观。

其实最具争议的，是另外一种猫的生死状态的解释。有人认为相比较于我们的宏观世界，薛定谔的实验理论是不存在的，因为衰变是宏观层面的，而具体到分子原子，就深入到了微观世界。对于具体的放射性物质来说，它的衰变时间是固定的。所以从整体上来讲，当具体的放射性物质被选中，那其实猫能活的时间就已经完全确定。因此不会存在叠加态的说法，简单来讲，猫的生死状态你虽然不知道，但并不代表它没有发生。

写给读者最后的话

从科学发展的历程来看，一直都是新的思想和理论代替旧的。也许真实的情况我们永远无法知晓，从发展的角度来看，量子理论也不一定是真理，虽然微观和宏观差异明显，但作为宏观存在的我们，肯定难以精确的认识微观世界，即使是如今发展起来的量子理论，很多方程和思想都是建立在一些假设之上，却没有严格的数学证明。不过，最神奇的是这些量子理论一直都很适用于微观世界。至于这些假设的具体的真实性，虽然经过科学界的推敲，但介于我们所处的环境，也许也只能适用于我们所假设的基础之上。

历史总是惊人的相似，相对论覆盖了曾经的经典力学，那是不是量子力学也可能覆盖相对论？这就很难说了，需要时间来证明。可能世界本无真理，只是我们设定了规则，在对应的规则之中，也就有了真理，科学也就由此而诞生。

文：斗苗 2020.4.14