由“看”與“不看”而決定的雙縫干涉實驗

我們在探討薛定諤的貓之前我們首先要了解一個知識點，那就是量子力學中一個重要的實驗，雙縫干涉實驗，這個實驗的目的就是為了證明光到底是波還是粒子，科學家透過一個可以發射光子的裝置向雙縫中發射光子，光會在縫後面的螢幕上留下光斑，如果光是粒子的話，那麼螢幕上會留下兩道槓，因為光子是筆直穿過縫的，如果光是波的話，會在螢幕上留下斑馬線一般的條紋，透過縫的光子波就像水波一樣相互震盪，呈現出斑馬線一樣的條紋。

圖為雙縫干涉實驗

實驗開始，科學家們使用光子發射裝置發射一束光子，光子透過雙縫，對映在螢幕上，是標準的斑馬線，第二次實驗，這次實驗和上次不同，這次實驗是將光子一個個發射到螢幕上，還是標準的斑馬線，雖然實驗結果是一樣的，但是這一結果明顯違背的光子是波的形成原則，成為斑馬線的形狀是波之間的相互震盪導致的，可是實驗是將一個個的光子發射出來，不存在相互干涉，不可能出現斑馬線的形狀，於是科學家開始第三次實驗。

在實驗過程中加上兩個攝像頭，全程監視實驗過程，詭異的事情發生了，螢幕上光子變成了和上次實驗截然不同的結果，光子打在螢幕上呈現出兩道槓的形狀，在沒改變一切實驗條件的前提下，就因為看與不看就呈現出兩種不同結果，事物的本質居然是根據你看不看它決定的，主觀印象決定客觀現實，科學家的三觀正在悄然崩塌，大家都陷入了迷茫之中，量子力學之父玻爾則基於實驗總結出的量子世界的基本原則：

1、態疊加原理

量子世界中一切物體同時存在兩種不同的形態，就像之前的實驗中的光子一樣，既是粒子也是波。

2、測不準原理

疊加態是不能準確測量的，無論科學儀器再怎麼進步都是不可測量的

3、觀察者原理

當我們觀察一個疊加態的東西的時候，他必然是呈現出一個準確的狀態，就像我們觀察光子的時候。

圖為玻爾則

結合這三條原則我們就可以對雙縫干涉實驗做出解釋了，為什麼光子會呈現出兩種不同的形態？因為光子處於態疊加的狀態；為什麼我們我們在未發射光子狀態看不出來它的態疊加，因為測不準原則；這一理論看似很有道理，但其實漏洞百出，疊加態向可以觀察到的態轉化的過程是怎樣的？我們的一切變化都是由觀察產生的，那麼是誰在觀察人類呢？

玻爾的三大原理奠定了量子力學，形成自己的一套法則，玻爾站在自己堅不可摧的城堡中，睥睨著其他的科學家，可是他沒想到的是，自己堅不可摧的城堡前，一隻小貓正悄然伸出了他的利爪。

一隻小貓的誕生

“薛定諤的貓”是奧地利著名物理學家薛定諤提出的一個思想實驗，是薛定諤為了駁斥玻爾的觀點提出的，實驗將一隻貓放在一個密封的盒子裡，盒子中不光有貓還有一個放射性原子，這個原子連線著錘子，如果原子衰變，機關就會觸發，錘子就會打破帶有毒藥的瓶子，讓貓被毒死，但是這個原子的衰變是沒有規律，如果我們不觀察就永遠不知貓的死活，可以如果你觀察就會影響實驗結果。但是我們都知道貓或者一切生物的生死都是固定，死就是死，活就是活，不存在那種不死不活的形態。

最先對於“薛定諤的貓”提出質疑就是哥本哈根學派，它提出在這個實驗中有一個裝置在觀察原子是否在衰變，你開始觀察了，疊加態就結束了，這個實驗不成立，很快這個觀點就被馮·諾依曼給否決了，裝置也是由粒子組成的，它也和貓一樣處於疊加態，這個實驗是可以成立的，薛定諤的貓這項實驗沒有得到解決，量子力學就處於岌岌可危的狀態下。

在1952年量子物理學家玻姆提出了“隱變數”的概念，之前的哥本哈根學派提出的模糊不清的概念，是因為存在一個隱形變數，並且為這個變數寫下了隱函式方程（隱函式方程的圖片），而這個隱形變數到底是什麼呢？玻姆的解釋是，這個變數是無法被發現的，因為它具有測不準原理。但是這個理論明顯也是立不住腳，無法被觀測到又怎麼能說它是存在的呢？

圖為隱變數概念

於是第三種主張就出來了，就是物理學家埃弗萊特提出的“平行宇宙”說，這個理論也是之前爆火的漫威多元宇宙概念的靈感來源，他的理論是不存在什麼不死不活的貓，你開啟箱子的時候已經進入另一個宇宙中了，在你觀察到宇宙中活的貓你就進入了活貓宇宙，你觀察到死的貓的時候你就進入了死貓宇宙，不存在疊加態，只是分化成不同的宇宙了，這就是多世界解釋（MWI），換句話說，裝貓的那個箱子裡，可能包含著多個世界，但是埃弗萊特提出這個觀點並沒有深入研究和證明他這個觀點，他無法證明多元宇宙的存在。

圖為“多世界解釋”

後人則在他的研究基礎上提出了“退相干”的理論來駁斥“薛定諤的貓”的實驗，不死不活的貓不存在的。

無論是貓還是裝貓的盒子都是由微觀粒子組成，他們的疊加是一種相干性，量子的相干性是會隨著外部環境的干涉消失的，盒子中的其他粒子影響了放射性原子，讓他變成宏觀性質，量子的變化我們稱為精細歷史，精細歷史組成了我們能觀測到的宏觀歷史，盒中粒子所有的變化都是精細歷史，包括放射性原子的變化，我們無法觀測到，我們能觀測到的由精細歷史組成的宏觀歷史。因為這些量子退相干了，微觀歷史我們就無法觀測到，也無法組成我們能觀測到了宏觀歷史，所以本來應該是不死不活的貓，我們只能觀測到死或者活一種形態的貓。

圖為退相干理論

至此有關薛定諤的貓的爭論也暫時告一段落，但是科學的腳步是不會停止的，現在這隻貓在科學的角落安然沉睡，不知道什麼時候又會張牙舞爪起來，撓得那些科學大牛一個大花臉。

因為薛定諤的貓，愛因斯坦說出了一句質疑上帝的經典的話：上帝不玩骰子，但是量子力學讓我們不得不相信，上帝似乎是玩骰子的。量子力學是二十世紀最為偉大的一項科學成就之一，但卻飽受爭議。在我們傳統認知中，事物之間的聯絡是確定不變的，只要找到了其物理規律，就能夠推算出其固定的物理資料，但薛定諤的那隻貓卻告訴我們：這個世界是不確定的。