第四十一章：薛定諤的貓是不存在的！

在量子力學中，有一個假想實驗，叫薛定諤的貓。想必大家都聽說過，可是你仔細思考過這個問題嗎？ 薛定諤的貓究竟存不存在？薛定諤的貓究竟是死還是活？ 這個問題的本質是什麼？

薛定諤貓是奧地利物理學者埃爾溫·薛定諤於1935年提出的一個思想實驗。透過這思想實驗，薛定諤指出了應用量子力學的哥本哈根詮釋於宏觀物體會產生的問題，以及這問題與物理常識之間的矛盾。在這思想實驗裡，由於先前發生事件的隨機性質，貓會處於生存與死亡的疊加態。

根據退相干理論，貓不可能永遠處於生存與死亡的疊加態，由於環境的影響，很快地會產生退相干效應，貓改而處於生存或死亡的經典統計學狀態，因此，一般而言，絕對無法觀察到這生存與死亡的疊加態。

1935年，薛定諤原本目的是在用這思想實驗來討論EPR弔詭（因發表者阿爾伯特·愛因斯坦、鮑里斯·波多爾斯基、納森·羅森而命名）。EPR論文凸顯了量子糾纏的怪異性質。假設兩個量子系統相互作用，然後彼此分離，但其中任意系統都不處於明確態，則它們的量子態會疊加在一起，共同形成的量子態具有量子糾纏特性。

根據哥本哈根詮釋，當其中任意系統被測量之時，則兩個系統糾纏在一起的量子態會坍縮為明確態。那時，薛定諤與愛因斯坦常互相通訊，交換意見，研討EPR論文的相關問題。

在愛因斯坦寫給薛定諤的8月8日信件中，他勾勒出一個“粗略宏觀案例”：給定一桶不穩定的火藥，在經過一段時間後，這桶火藥會處於爆炸與不爆炸的疊加狀態。

為了更進一步說明這現象，薛定諤回信描述原則上怎樣能夠將原子系統的疊加態轉移至大尺度系統。

他提出一個思想實驗，假設把一隻貓、一個裝有氰化氫氣體的玻璃燒瓶和放射性物質放進封閉的盒子裡。貓的性命因此與原子核的狀態密切相關。

薛定諤表明，根據哥本哈根詮釋，在實驗進行一段時間後，貓會同時處於活狀態與死狀態（對於盒子外的世界而言），直到盒子被開啟為止。

薛定諤並不想要推銷周旋於生死之間的貓這點子；恰恰相反，這弔詭採用的是一種經典反證法，試圖藉此顯露出描述量子態所需倚賴的量子理論尚存瑕疵。

薛定諤的原文是這樣的：實驗者甚至可以設定出相當荒謬的案例來。把一隻貓關在一個封閉的鐵容器裡面，並且裝置以下儀器（注意必須確保這儀器不被容器中的貓直接干擾）：在一臺蓋革計數器內建入極少量放射性物質，在一小時內，這個放射性物質至少有一個原子衰變的機率為50%，它沒有任何原子衰變的機率也同樣為50%；假若衰變事件發生了，則蓋革計數管會放電，透過繼電器啟動一個榔頭，榔頭會打破裝有氰化氫的燒瓶。

經過一小時以後，假若沒有發生衰變事件，則貓仍舊存活；否則發生衰變，這套機構被觸發，氰化氫揮發，導致貓隨即死亡。用以描述整個事件的波函式竟然表達出了活貓與死貓各半糾合在一起的狀態。

類似這典型案例的眾多案例裡，原本只侷限於原子領域的不明確性被以一種巧妙的機制變為宏觀不明確性，只有透過開啟這個箱子來直接觀察才能解除這樣的不明確性。

它使得我們難以如此天真地接受採用這種籠統的模型來正確代表實體的量子特性。就其本身的意義而言，它不會蘊含任何不清楚或矛盾的涵義。但是，在一張搖晃或失焦的圖片與雲堆霧層的快照之間，實則有很大的不同之處。

上面是薛定諤的原文思想，關於這個問題的回答，有很多個版本。在這裡我不重述這些版本內容，內容太多。

但我強調人要做的事情是什麼呢？是將複雜的問題簡單化。

在這個問題上，人要將問題簡單化，必須有這麼幾個前提。細心的朋友會注意到，其實我在本書第二章，就有提到過關於玻爾和愛因斯坦的爭論。我說：“上帝讓人類擲骰子。”

其話意思是上帝不擲骰子，真正擲骰子的是人！！ 所以人一定要小心，而且自信。

那麼回答我開頭所提到的問題：薛定諤的貓究竟是死還是活？是半死不活的疊加態嗎？

答案是很明確的：貓不可能是死和活的疊加態！必須不可能！

如果承認貓是死和活的疊加態，那麼我們現實中的所有人，也都是處於這樣的狀態。

為什麼貓不可能處於死和活的疊加態？ 如果你注意薛定諤實驗設想，你就知道，這個實驗是不可能。

薛定諤說：把一隻貓關在一個封閉的鐵容器裡面，並且裝置以下儀器（注意必須確保這儀器不被容器中的貓直接干擾）。

這是他開頭的第一句話。試問大家貓會不會影響到儀器？ 貓是有輻射的，萬物皆有輻射。所以就不能避免影響。第一點就不能保證。

外部環境也是這樣的。一開頭就寫道了：根據退相干理論，貓不可能永遠處於生存與死亡的疊加態，由於環境的影響，很快地會產生退相干效應，貓改而處於生存或死亡的經典統計學狀態，因此，一般而言，絕對無法觀察到這生存與死亡的疊加態。”

這是開頭的介紹，我認為還不夠精確。應該說貓從來就沒有處於過活和死的疊加態。

什麼叫退相干性原理，定義是這樣的：在量子力學裡，開放量子系統的量子相干性會因為與外在環境發生量子糾纏而隨著時間逐漸喪失，這效應稱為量子退相干。

量子退相干是量子系統與環境因量子糾纏而產生的後果。由於量子相干性而產生的干涉現象會因為量子退相干而變得消失無蹤。量子退相干促使系統的量子行為變遷成為經典行為，這過程稱為“量子至經典變遷”。

德國物理學者漢斯·澤賀（英語：Heinz Zeh）最先於1970年提出量子退相干的概念。自1980年以來，量子退相干已成為熱門研究論題。

實際而言，不存在孤立系統，特別是不存在孤立宏觀系統，透過某種方式，每個量子系統都會持續地與外在環境耦合，發生量子糾纏，從而形成糾纏態。因此，量子退相干可以視為存在於量子系統內部的相干性隨著時間流易而退定域（delocalize）至量子系統與環境所組成的糾纏系統，換句話說，量子系統內部的幾個成分彼此之間的相位關係，會逐漸地退定域至整個系統，也就是說，量子系統的相位資訊會持續地洩露至環境，從而有效地促使伴隨著相干性的干涉現象消失無蹤。

量子退相干能夠解釋為什麼不會觀察到干涉現象，但是，量子退相干能否解釋波函式坍縮的後果，這論題至今仍舊存在巨大爭議，一個很重要的原因就是，很難將這論題跟量子力學的詮釋做分割，而人們各自有各自青睞的詮釋。

量子退相干不是一種量子力學詮釋，而是利用量子力學分析獲得的結果。它嚴格遵守量子力學，並沒有對量子力學的基礎表述做任何修改。很多完成的量子實驗已證實量子退相干的存在與正確性。

那麼貓會處於什麼狀態？ 將問題轉化，簡單化。盒子是透明的，貓換成人。

有人會問，這樣可以換嗎？ 我反問：盒子的顏色對實驗有影響嗎？人是生命嗎？

即使這樣，我再問你：“下一分鐘貓是死的還是活的？” 你也不能給我確定回答，得到了下一分鐘才知道情況。但答案一定是要麼活，要麼死，不可能是兩者的疊加態。

但這一秒，貓是活還是死，觀測者是看的到的。

把貓換成人，其實沒多大的本質意義，不是為了讓人自己發出訊號。說他活著或要死了。而且讓人去思考，你在裡面真的可以體驗到那種“生和死的疊加態嗎？”

還有一些科學家，學者提出多世界觀點，來解釋薛定諤的貓。看過我科普書籍《變化》的朋友肯定知道，我是持反對意見的。

這只是想象力的問題，不是現實的問題。高維度空間值得懷疑，大家可以去讀讀我在《變化》中的論述。

所以世界可以存在的想象之中，但想象之中的世界不是現實世界。如果想象世界等於事實，那麼世界上就不會存在問題。

比如就薛定諤的貓來說，有一個人無所不知，記住這個人無所不知！

那麼薛定諤的貓是死，還是活，你什麼時候問他，他都能給你確定的答案。

聽懂了嗎，各位。如果想象世界等於事實，那麼世界上就不會存在問題。

但現實世界問題眾多，就像維特斯坦思考的那樣：世界是怎麼存在的這不奇怪，奇怪的是世界為什麼存在著？

很多問題，現在不回答。比如量子世界與宏觀世界的間隔界限標準是什麼？

現在不能回答，不代表這個世界是不確定的。我一直說世界是確定的。量子世界也是確定的！上帝讓人類擲骰子。我說的是事實，我傳遞的是希望。

我們知道不確定性的機率，難道這不是一種確定嗎？ 我們知道世界是確定的，我們不能回答某個問題，是因為我們無法掌握全部系統的每一個要素和每一個要素之間的關聯。

貝爾不等式，即任何關於定域隱變數的物理理論無法複製量子力學的每一個預測。給了我們很大啟發。也就是說不存在完備隱變數理論。所以也就打破了薛定諤最初設想薛定諤貓的意圖。

在我的認識裡，宇宙還是一個開放的系統，所以全部掌握這個系統是一個無限挑戰。但世界是確定無疑的。

人類發展史，印證了這一點。所以我贊同馬克思的認識論觀點。人要相信自己才會獲得成長，否則就會迷失。

對於現在的我們，我們這樣的年輕人，更應該是這樣。薛定諤貓很真實。大家要相信它的真實。而不是它又是活，同時還死。

我記得在文章中，我說過如果我們贊同貓是處於死和活的疊加態，那麼我們也處於這樣的狀態。

我們生活在地球上，地球不是一個盒子嗎？在地球上觸發大的核爆是可能的。 那麼我們是處於什麼狀態？？ 你現在是活，還是死？你不知道嗎？

這就是我為什麼要將貓換成人。貓換成人沒有本質區別，但人具有主觀思考。

可是我在上面還說了，人一定要小心，且自信。 是因為人有主觀的一面。就拿熱來說，“熱”這個詞不是客觀的，是主觀的。“熱現象”是客觀的。對於人類來說是熱，對於石頭來說，熱是什麼也沒有的感覺。

同一個事物，可以有不同的稱謂。伴侶有人叫老婆，有人叫賤內，有人叫婆姨，還有人叫baby。

一切科學都可以上升到哲學層次做總結認識，但一切哲學認識需要用語言來表述。所以這是件很值得謹慎的事情。所以有語言哲學這樣的研究，我認為很必要。

讀到這裡本章的內容思想，已經表達的很清楚了。但少了一些邏輯的表述。在理解薛定諤貓的時候，很多人會把疊加態和混合態混了。所以從這一方面，感謝興趣的可以繼續閱讀下文。

量子系統所處的任何一個量子態，都有多種方法分解為若干其他量子態的疊加，就好像一個向量總是有多種方法分解為若干向量一樣。

如果一個量子態S可以分解為量子態X和Y的疊加，可以寫成S=aX+bY（a和b是兩個複數係數）。

再次提醒，這種分解有N多種方法：S = aX+bY = a"X"+b"Y"+c"Z"+... 學過向量加法的同學們應該知道，S雖然可以寫成X和Y的線性疊加，但S顯然既不是X也不是Y，說S既是X又是Y也不對，甚至說S部分處於X，部分處於Y也非常不合適，因為S在任何不跟S正交的量子態上都有非零的分量。

事實上，S是一個跟X和Y都不同的新的量子態。如果你選取了一組正交完備的量子態作為基向量，那麼任何一個量子態S都可以在這組基向量上做唯一的分解。

這種正交完備的基向量組的選擇也不是唯一的，有無窮多種不同的選擇。

那麼什麼是混合態呢？如果系統處於某個明確的量子態，但我們卻不知道到底是哪一個，只知道系統可能以一定的機率分佈處於若干量子態之一，那麼這種情況下我們說體系處於這若干量子態的機率混合，簡稱混合態。

但必須明確一點，混合態不是量子態，只是若干量子態上的一個機率分佈。一個處於混合態的系統的實際量子態完全是明確的，只是我們這些觀察者並不知道具體是哪一個而已，這跟前面解釋的疊加態的含義完全不同。

量子力學實驗中所謂的測量，就是讓『被測量子體系』跟『儀器+觀察者+環境』這個大系統發生相互作用。

由於後者是個碩大無比的宏觀體系，其具體的量子態資訊我們根本就不可能瞭解，所以我們根本就沒可能明確計算測量後被測體系到底會進入測量方式所選定的哪一個基向量上，只能做統計預測。

而統計預測的規則很簡單：測量後被測體系量子態進入基向量X的機率，正比於測量前被測體系的量子態S在基向量X上投影長度的平方，這就是量子力學中的測量原理。

早年人們在對這個原理的理解很糊塗，導致了波爾和愛因斯坦在這個原理的詮釋上曠日持久到死都沒結果的爭論。後來有人做了貝爾不等式的實驗，實驗結果不支援愛因斯坦關於量子力學局域完備性性的觀點，但卻被大量錯誤地引申成了玻爾戰勝了愛因斯坦。

事實上玻爾對測量原理提出的哥本哈根詮釋在貝爾不等式的實驗中根本就不涉及。

還有一件事，做量子力學實驗，通常要將被測量子體系與儀器環境的相互作用徹底隔離，相互間連熱交換都不能有，否則在測量之前被測體系的狀態就已經亂掉了。

雖然某些實驗中如果相互作用非常微弱也可以透過一些手段糾正消除環境干擾，但儘可能地隔絕環境相互作用是非常必要的。隔離個把原子不長的時間是比較容易做到的，目前也可以隔離病毒尺度的物體，尺度越大隔離就越難。

把像貓，老鼠，人等這麼大的東西跟外部環境幾乎徹底隔絕，是不可想象的。上面提到退相干性，大家肯定記得。

如果不能做到幾乎是完美的隔離，那麼被測體系根本就不可能處於那組基向量的疊加態，也就談不上什麼薛定諤貓佯謬了。這就是為什麼薛定諤貓佯謬提出之後大家始終在爭論卻一直沒辦法直接進行試驗驗證的原因。

雖然在開啟盒子之前，盒內體系時刻都處於明確的量子態，但由於這個系統仍然很巨大，所以我們並沒有辦法對結果做出明確的預測，只能談機率。因此在開啟盒子之前，貓要麼已經被殺死，要麼沒有被殺死，但並不會處於某種“不死不活”或“稀裡糊塗”的量子態。

這就是本章的內容，希望可以解開你薛定諤貓的迷惑。

摘自獨立學者，詩人，作家，國學起名師靈遁者量子力學書籍《見微知著》

什麼是力，我覺得力是個動詞，你說的力的作用不是很準確，光可以在任何阻撓它的情況下轉移，包任何有形的物體和我們認為的（空氣），它無形，有更多東西是無形卻可以阻礙它和控制它的東西，很多。黑洞洞就不要想了（關於這個問題），它可能是個黑洞，也可能是個被黑洞吸收的物體，嘿嘿，想想那麼多，還不如想想我們衝出地稅吧（哈哈）。