7.3　薛定谔“猫”佯谬

量子力学创立以来，量子理论的基础仍笼罩着一层扑朔迷离的浓雾，量子力学存在着不同的解释。虽然年轻一代物理学家绝大多数接受了量子力学的正统解释——以玻尔为首的哥本哈根学派提出的一整套对量子理论的诠释。但是，对哥本哈根观点持异议的科学家，形成了以最有威望的爱因斯坦为首的非正统学派，其中包括提出物质波思想的物理学家德布罗意，建立量子力学波动方程的薛定谔等，他们同玻尔、海森堡等人展开了激烈的争论，提出了不少思想实验和佯谬与哥本哈根学派的观点抗衡。

图13　薛定谔“猫”悖论

1935年，薛定谔发表了题为«量子力学的现状»论文，文中提出一个“猫”佯谬，大意是，在一个封闭的箱子里放上一只猫，箱子里面用盖革计数器一端连着一个盛有剧毒氰化物的封闭玻璃瓶，另一端连着盛有美味食物的瓶子。盖革计数器管中有一小块放射性物质，非常小，在一小时内只有一个原子衰变。当一个原子衰变，就会通过盖革计数器管触发小锤，或者使含剧毒玻璃瓶破裂，必定毒死猫；或者使食物玻璃瓶破裂，猫就是活的。按照经典世界规则，一小时结束时，猫不是死就是活，二者必居其一。

然而按照量子力学，箱内整个系统处于死态、活态的叠加态，即猫是半死半活的，这是一只又死又活的猫。薛定谔认为，从量子力学的统计性会得出这样荒谬的结论。薛定谔的说法是没有道理的。实际上，在没有开箱子之前，就只能用统计方法来估计箱子里的情况，猫死猫活的可能各占50%；只要打开箱子，就可以看到猫是死了还是活着，它不会处于死活两种状态之间。霍金说：“如果打开箱子，就会发现该猫非死即生。但是在此之前，猫的量子态应是死猫状态和活猫状态的混合。有些科学哲学家觉得这很难接受，猫不能一半被杀死一半没被杀死。他们断言，正如没有人处于半怀孕状态一样。使他们为难的唯一原因在于，他们隐含地利用了实在的一个经典概念，一个对象只能有一个单独的确定历史。量子力学的全部要点是，它对实在有不同的观点。根据这种观点，一个对象不仅有单独的历史，而且有所有可能的历史。大多数情形下，具有特定历史的概率会和具有稍微不同历史的概率相抵消；但在一定情形下，邻近历史的概率会相互加强。我们正是从这些相互加强的历史中的一个观察到该对象的历史。在薛定谔猫的情形，存在两种被加强的历史。猫在一种历史中被杀死，在另一种中存活。两种可能性在量子理论中共存。因为有些哲学家隐含地假定猫只能有一个历史，所以他们就陷入这个死结而无法自拔。”

量子力学认为，在人们对粒子进行观测之前，永远不会确切地知道它的状态。在观测之前，粒子处于各种可能状态中的一个。所有这些状态都由薛定谔波函数来描述。因此，在观测之前，人们不能确切地知道粒子的状态。实际上，在观测之前，它处于所有可能状态的总和中。当这个思想第一次被玻尔和海森堡提出时，竟遭到普遍地反对。爱因斯坦提出一个问题，“月亮只是因为老鼠盯着它看才存在吗？”根据量子力学的解释，月亮在被观测之前，实际上并不存在于我们所知道的状态中。月亮可能处于无限多个状态中的任何一个，包括它在天空，或正升起，或根本不在天空。而盯着月亮看的观测过程确定了月亮在围绕着地球运行。中国古代文学家王阳明在«传习录·下»中说过一句有名的话：“汝未来看此花时，此花与汝同归于寂；汝来看此花时，此花颜色一时明白起来……”如果王阳明懂得量子理论，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。可见，量子力学的确引进一种崭新的思想。

“薛定谔的猫”是科学史上著名的怪异形象之一，现在成了举世皆知的明星，常常出现在剧本、漫画和音乐之中，它最长脸的一次大概是被“恐惧之泪”，这个在20世纪80年代红极一时的乐队作为一首歌的标题演唱，歌词是“薛定谔的猫死在了这个世界”。