古今說史

量子力學為什麼會有這麼多“梗”？

一直以來都有民間都有一種說法：“遇事不決，量子力學”，量子力學其實是讓一般人誤解最深的一個科學理論。關於量子力學其實還有很多“梗”，比如：薛定諤的貓，上帝不擲骰子等等。

那麼問題就來了，為什麼關於量子力學會有這麼多的“梗”？比如：薛定諤的貓？

今天，我們就來詳細的說一說。

讓人無法理解的量子力學

尼爾斯·波爾是是量子力學的奠基人之一，哥本哈根學派的領袖，他就曾經說過這麼一句話：

而後來量子力學的大牛，曾經參與曼哈頓計劃，也拿到諾貝爾獎的物理學家費曼，也曾經說過這麼一句話：

量子力學的另一個奠基人薛定諤，也就是提出薛定諤波動方程的科學家，他直接就站到了量子力學的對立面，當然不止薛定諤，愛因斯坦其實也是量子力學的奠基人之一，他最早提出“光量子假說”用來解決了光電效應問題。後來愛因斯坦也站到了量子力學的對面。

而薛定諤提出“薛定諤的貓”其實就是用來刁難量子力學哥本哈根學派的理論的。

他到底是在反對什麼呢？

實際上是這樣的，上世紀初期，科學家就一直在研究微觀世界的物理規則。這是因為恰好在上個世紀初期，觀測技術突飛猛進，當人們拿“牛頓理論”來套用微觀世界的物理學規律時，就發現誤差大到無法忍受的程度。

實際上，網上天天有人叫囂著“推翻”物理學理論。可很多人不瞭解物理學家們，他們是一群最激進的保守主義者。他們一般都會用現有的理論去套用新的物理學現象。這是因為舊的物理學理論是最可靠的，你想牛頓力學經歷了幾百年的考驗屹立不倒，這都不相信還能信啥？

因此，如果牛頓力學還足夠精準，物理學家們就會用牛頓力學來解釋物理學現象。但是還有一種情況會讓物理學家們變得非常激進。這種情況就是用牛頓力學解釋新的現象時出現了無法擬合的誤差。這時候物理學家就會開始著手新理論的建設。因此，我們才說物理學家們其實是激進的保守主義者。

微觀世界的現象就是當時科學家們想要攻克的。他們在研究微觀粒子的運動時，就發現很多無法理解的現象，十分詭異，完全和宏觀低速的世界是不同的。這才有了上文中，波爾和費曼所說的那些話。

後來，海森堡提出了不確定性原理、薛定諤提出的薛定諤波動方程解釋了微觀粒子的物理學規律，而狄拉克證明了不確定性原理和薛定諤波動方程是等價的。

海森堡的不確定性原理說：微觀粒子的動量信息和位置信息是不可能同時獲得的，測量本身也會影響到微觀粒子的狀態。這也是哥本哈根學派對於量子力學的一個主流解釋。

按照這個理論，我們熟悉的原子結構都會發生改變，原本大家認為電子是繞著原子核運動的，就像太陽系模型一樣。但是不確定性原理告訴我們，我們不可能準確地知道電子具體在哪裡，我們知道它出現在哪的概率是多少，所以只能用概率雲來描述

“薛定諤貓”的目的

愛因斯坦和薛定諤對此並不買賬，他們認為這個“概率”的解釋太詭異了。於是，愛因斯坦和在波爾爭論時就說，上帝不會擲骰子。而波爾說：“愛因斯坦，你別指揮上帝如何做事。”

薛定諤更絕，他直接提出“薛定諤的貓”，這其實就是讓一般人也能理解“量子力學中詭異的現象”，也就是貓處於生存與死亡的疊加態中

這其實是一個思想實驗，事實上這實驗沒辦法做，但它卻諷刺了量子力學哥本哈根學派的“疊加態”的解釋，以及吐槽“觀測者對於實驗結果影響”的觀點。

不過，隨著後來的科學水平的發展，事實證明，目前的結果是更傾向於哥本哈根學派這邊的，也就是說，量子力學並非是不完備的，而是堅實可靠的理論，雖然它看起來可能很匪夷所思。

當然整個過程不只有上述的那幾位科學家，參與到整個量子力學發展中來的人前前後後有成百上千個世界頂級的科學家，這其中最關鍵的人物都在下面這張照片當中。

鍾銘聊科學

首先，讓我來先告訴你薛定諤的貓是怎麼來的

薛定諤的貓是薛定諤提出的一個思想實驗。

薛定諤的貓主要講的是什麼？

將一隻貓關在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器裡。鐳的衰變存在幾率，如果鐳發生衰變，會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子，貓就會死；如果鐳不發生衰變，貓就存活。根據量子力學理論，由於放射性的鐳處於衰變和沒有衰變兩種狀態的疊加，貓就理應處於死貓和活貓的疊加狀態。這隻既死又活的貓就是所謂的“薛定諤貓”。

但是是不可能存在即死又活的貓，則必須在打開箱子後才知道結果。

這個思想實驗主要是講量子物理中的疊加態現象。也是測不準原理的另外一種說法。

薛定諤的貓其它含義的延伸

貓：由於很多人喜歡擼貓，有時候用這句話來表達貓的不可描述性。 薛定諤的風流韻事與貓叫春的的語義合併：如果拋開薛定諤在學術上的成就，那薛定諤的風流韻事只有用種馬之類的詞來形容。

恰好薛定諤提出了這個著名的實驗，因此這個詞又是形容渣男與風流倜儻之類若干狀態，的疊加態的一個形容詞。

最後，希望這些可以幫的到你，讓你理解它。

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Researcher

薛定諤的貓一定的科學界最有名的科普故事。這隻貓可以說是讓“量子力學”名聲大噪、家喻戶曉的第一功臣。

薛定諤的貓是什麼？

“薛定諤的貓”是由奧地利著名物理學家薛定諤提出的一個著名思想實驗，描述瞭如何將一隻活潑可愛的貓變成“生死疊加”狀態。

下面是具體的操作步驟：

將一隻可愛貓咪裝進一個有量子系統機關的毒氣瓶的盒子裡，然後密封至不可見。毒氣瓶的開關由一個24小時半衰期的放射性原子控制。

在這24小時內，如果原子衰變了，放出α粒子就會觸動開關，毒氣瓶將被一個鐵錘砸碎，那貓就必死無疑；但如果原子沒有衰變，毒氣瓶完好如初，貓也就不會死去。

由於原子具體何時衰變我們無法確定，那這段時間內盒子裡的貓有可能還活著，也可能已經死了，但只有我們打開盒子才能確定貓的生死。

這就好比量子力學對“量子”不可測的描述，當我們沒有觀察時，量子可以處於一種矛盾的“疊加態”，而當我進行觀察時量子從“疊加態”坍縮為唯一確定的經典態。

這種情況下，以哥本哈根學派的解釋，可以認為盒子裡這隻貓正處在一種“生死疊加”狀態，也就是即生即死的狀態。

為什麼要做這個實驗？

1926年，薛定諤憑藉其深厚的微積分功底，推導出了“薛定諤方程”，併成功運用它解釋了氫原子結構，但作為數學大牛的薛定諤卻無法解釋薛定諤方程中波函數的物理意義。

我們知道，數學公式與物理公式最核心的區別就在於是否具有物理意義，如果沒有具體的物理意義就稱不上一個完整的理論。而後來德國物理學家馬克思·玻恩給薛定諤方程做出了一個讓人能夠理解的詮釋：

玻恩的詮釋是一種概率詮釋，憑藉這個詮釋，玻恩獲得了1954年諾貝爾物理學獎。

本來薛定諤應該感謝玻恩，奈何薛定諤是支持愛因斯坦的“決定論派”，而玻恩的概率詮釋屬於“概率論派”併成為了著名的“哥本哈根解釋”，這讓薛定諤很憤懣。

雖然愛因斯坦與薛定諤都曾對量子力學起到了極大的推動作用，但對於玻爾主導的“哥本哈根解釋”一直持否定態度。但三次論戰，愛因斯坦都敗下陣來，無形中反而成就了量子力學的“哥本哈根解釋”。

在1955年愛因斯坦去世之後，作為愛因斯坦的嫡系大將的薛定諤憋了一個大招，就是“薛定諤貓”的思想實驗，繼續向玻爾一派宣戰。

薛定諤的本意是借這個思想實驗，將量子態的不確定概念引入到宏觀世界，讓人們直觀體驗一下“概率”描述的不靠譜。

其實這個思想實驗並不能證明什麼？僅僅是再次發洩了薛定諤對於量子力學“哥本哈根解釋”的不滿，但他自己也知道提不出什麼更好的解釋。

圍繞愛因斯坦與玻爾的量子論戰，出現的一系列思想實驗，無非是科學家們哲學立場的針鋒相對，世界到底應該由什麼來支配？是決定論，還是概率論？

這個哲學思考，至今也沒有一個明確的答案。

簡單瞭解下“哥本哈根解釋”，為什麼讓愛因斯坦、薛定諤等人難以接受

1、玻恩的波函數概率解釋：這個上面已簡單說了。

2、海森堡的不確定原理：有一些成對物理量，它們不可能同時被精準測定，一個越確定另一個必定越不確定，此消彼長。

3、玻爾的互補原理：一些物理對象存在看似矛盾的多重屬性，原則上不可能用同一種方法同時看見其多種屬性，只能用不同是方法觀察到它們不同的屬性。

4、玻爾的對應原理：量子的各種規則雖然適用於微觀尺度，但從規則中得出的結論不能違反宏觀上的觀察結果，而且宏觀尺度上還是遵循經典物理學規則。也就是說，在大量子數極限的情況下，量子體系的運動趨向經典力學體系，量子物理定律和方程可以轉化為經典物理定律及方程。

5、疊加態原理：如果A和B是一個粒子的兩種狀態，那麼A+B也是這個粒子的第三種狀態，並同時具有A\\B的特徵。

6、波函數坍縮：在一次測量與下一次測量之間，除了概率波函數以外，微觀物體不存在，它只有各種可能的狀態，只有進行了觀察或測量，“可能”狀態才坍縮為實際的“確定”狀態。

看了是不是覺得頭大，為了描述一個量子，竟然總結了這麼多原理。對於物理學追求的簡潔、統一來說，這無疑太多了。就像一個人說話，說了一大堆卻無法總結出一箇中心思想一樣。

但這些結論卻與實驗觀察結果完美匹配，又缺一不可。然而在愛因斯坦、薛定諤等人心中量子力學的“哥本哈根解釋”是不完備的，絕不是量子力學的本質，但作為量子力學的正統解釋，也沒有人能給出比“哥本哈根學派”解釋的更好。

“薛定諤的貓”催生“薛定諤貓態”科學實驗。

“薛定諤的貓”實質可以看成是一個科學家的賭氣或玩笑，但它卻開啟了科學家們把微觀世界的量子特性引入宏觀世界來的實驗探索。

2005年美國科學家就曾宣佈成功讓6個鈹離子實現了自旋方向完全相反的宏觀量子疊加態，戲稱“薛定諤貓態”。

自此這樣的實驗在世界各地大量的進行著，不過目前的結果是所有的實驗都無法持續，也就是無法讓量子疊加態持續出現在宏觀世界裡。

但如果哪天真能做到，薛定諤的玩笑可就開大了，說不定我們還真能“生死疊加，不死不滅”呢？呵呵！

想法捕手

薛定諤的貓，是物理學家薛定諤提出的一個思想實驗。

其宏觀部分是：將一隻貓與毒物一起放在密閉容器裡，貓觸動機關，毒物釋放，貓就死亡；貓不觸動機關，就存活。

但是，這一切在打開容器之前，外面的人是不會知道結果的，貓的生死永遠都各有幾率，是未知數。

而打開容器，則代表了得到明確結果，實驗進入了一個新的階段。

這個實驗的重點在於，薛定諤的貓代表了一種多結果重疊的狀態。這個狀態客觀存在，而不同的選擇，會將這個多結果重疊的狀態打破，出現一個明確的結果。

薛定諤的貓，就是在描述這個從混沌的疊加狀態，到確定狀態的過程。

可以簡單理解為，“薛定諤的貓”這個詞，是對一種過程的描述。它不代表實體，而是過程。

這個實驗的重點在於，向人闡釋了“客觀規律不以人的意志為轉移”的道理。不論貓是死是活，影響它死活的因素永遠存在。

量子力學鑽研這個問題，提出了“平行宇宙”的存在。當“薛定諤的貓”呈現出某種明確的結果時，其他結果並不會消失，而是以平行宇宙的方式分裂出去。

純鈞LHGR

“薛定諤的貓”，是由奧地利理論物理學家埃爾溫·薛定諤所提出的“思想模型”，通過將微觀不確定性原理上升為宏觀不確定性原理，來解釋量子力學對微觀粒子的認識超乎常理，違背了思維邏輯。這個“思維模型”的大致構造如下：

假如存在一個密閉不透光的盒子，該盒子的內部具備生物生存所需的一切條件。盒子中有一隻貓和一瓶有毒的氰化物氣體，毒氣瓶上方懸掛一個錘子。而錘子落下與否，取決於盒子裡的接收裝置有沒有接收到粒子，盒子裡還有一個放射源，它有50%的幾率發生衰變，釋放出粒子。

倘若放射源放出了粒子，那麼接受裝置就會將其捕獲，導致錘子落下砸破毒氣瓶，貓就會死。相反，如果放射源沒有放出粒子，貓就不會死。因此，貓處於“既活又死”的狀態，而這卻違背了思維邏輯。

​按照量子力學的理論，如果沒有人打開盒子，在不考慮衰老和疾病的前提下，這隻貓將永遠處於“生–死疊加態”，只有打開盒子觀察時，疊加態立即結束，我們才能知道貓是死是活。在許多人看來，量子力學是一門十分讓人難以理解的學科，正如它的發現者波爾所說的那樣：“要是有人第一次聽到量子力學沒有生氣，那麼他一定是沒聽懂。”

大話科學

薛定諤的貓是物理學的四大神獸之一，並非是指某種動物，而是一種思維實驗。接下來講一下這個實驗的背景故事。

二十世紀物理學的兩大支柱相對論和量子力學，大家對相對論比較瞭解，或者是即使不懂什麼意思但是會經常聽說。而對於量子力學就知之甚少了，但是大家一定都聽說個薛定諤的貓這隻神獸，並把它當作是量子力學的代名詞。但實際上卻並非如此，薛定諤的貓只是在諷刺量子力學中的量子不確定性。

1935年奧地利物理學家薛定諤提出了薛定諤的貓的思維實驗，實驗過程如下：一個封閉的盒子中裝著一隻貓，從外面看不到盒子內部的情況。盒子中設置一個實驗裝置，放有少量的放射性物質，這種物質衰變釋放出毒素的概率是百分之五十。這意味著在一段時間內這隻貓有百分之五十的幾率被毒死，百分之五十的機會安全存活。

但是我們在沒有打開盒子前並不知道貓的狀態，因此貓只能是既死又活的疊加態。薛定諤用這種宏觀動物的既死又活疊加態，來諷刺微觀量子的既A又B疊加態。愛因斯坦在三十六歲提出廣義相對論後，有一段時間一直在和量子力學的哥本哈根派吵架。尤其是以波爾為代表的一眾哥本哈根派科學家。因為他們對量子力學的詮釋觸碰了愛因斯坦的禁區，那就是定域性。

科學黑洞

停留在“既往權威”、“教科書”上，只管搜索關鍵詞，誰都會。頭條，搬磚，不該。

薛貓假說，不過是——世事難料、萬物在變、天有不測風雲、不能踩在同一河流、運動絕對、發展永恆——換一個說法而已。薛貓假設，與海森堡測不準原理，異曲同工，一個意思。

按照“同一律”與“排中律”的邏輯法則，任何一個事物，在足夠短的時間，必定有一個唯一確定的狀態，不可能既是又不是，否則人類就不存在認識與思維。

必須警覺，薛貓假設與測不準原理，由於表述上的瑕疵，極易導致人們誤解為：量子運動的位移與角動量不能同時確定。不能同時確定，只是因為測量條件、測量技術的限制。

雙縫干涉實驗，是量子層面。光量子，或電磁波輻射的一個波長，或螺旋運動的一個螺距。從空間螺旋的投影面上看，光子注按大數法則的正態分佈，四周是衍射的暗淡斑紋。真實的光子速度，是光子的螺線軌跡速度，即相速度，因頻率不同，是幾十幾百幾千幾萬...的光速c，而儀器測得的光速，是“螺線空間”整體推進的速度。

由於光子的相速度極快，角速度矢量變化極快，顯然無法測準，而且，儀器發射的光電子，也會碰撞被測的對象光子，破壞測試環境。

因此，對薛貓或測不準的正解是：由於螺線運動的相速度極快，由於儀器光電子的碰撞影響，量子運動狀態飄忽不定無法測量。

物理新視野

首先，我們要弄清楚，薛定諤不姓薛，不是中國人，他是奧地利的物理學家，就像傅立葉，不姓傅，不是中國人，他是法國的數學家，張伯倫不是中國人，是美國的NBA球員一樣。

薛定諤全名埃爾溫·薛定諤，研究量子力學的。具體介紹自己百度就可以。實驗是這樣的，把一隻貓關進一個不透明的盒子裡，然後把這個盒子連接到一個含有放射性原子核和一個裝有有毒氣體的容器的實驗裝置。這個放射性原子核在一段時間內有可能性發生衰變。如果發生衰變，它將會觸發這個實驗裝置，打開裝有毒氣的容器，從而殺死這隻貓。要是原子沒有衰變，那麼貓就好好地活著。這個原子核處於已衰變和未衰變的疊加態，但是，如果一段時間後把盒子打開，實驗者只能看到"衰變的原子核和死貓"或者"未衰變的原子核和活貓"兩種情況，這就出問題了，因為這隻貓會隨著原子核的疊加進入一種不死不活，半死不活，又死又活的狀態，完了，這是與我們的認知不符的，貓要麼死，要麼活，一定有一種情況發生，粒子卻處於疊加狀態。這個實驗是想象出來的，具體操作是做不了的。這個實驗的意義就在於，有一隻貓死了，有一隻貓活著，但它們位於平行的兩個世界。這個實驗對於通信技術具有重要意義，肯定也有很多牛人在研究它。當然，你為什麼叫薛定諤的貓，而不是薛定諤狗呢？其實無所謂，闡述的道理是一樣的，在人們怎麼命名而已。

小金老師說

薛定諤的貓

曾經有這麼一個實驗裝置：科學家用電子發射器向熒幕發射電子，而熒幕和電子發射器之間有一塊含有兩個狹縫的擋板。打開電子發射器，由發射器中發射出的、一粒一粒的電子通過擋板飛向熒幕。需要注意的是，電子是一粒一粒的，也就是說，電子發射器不可能同時發射出兩個電子，基於此，不可能存在兩個電子同時穿過擋板的狹縫射向熒幕的現象。

打開電子發射器，科學家發現，這些確定為只具有粒子特性的電子，居然發生了只有波才具有的干涉現象。即，在熒幕上顯現出了干涉條紋。

科學家甚是不解，按照實驗現象，可以得出一個電子在同一時間既通過了雙縫中的左縫，又通過了右縫的荒謬結論。後來，科學家在其中一個左縫放置了電子探測器，如果電子探測器探測到了電子，那麼電子通過了左縫，否則，電子通過了右縫。詭異的是，在安裝電子探測器後，電子的干涉現象消失了，而在熒幕上留下的，僅為兩條明亮的細線……這就是著名電子雙縫干涉實驗。

以波爾為首的哥本哈根學派的科學家們通過薛定諤方程對這個實驗結果進行了解釋：當人沒有意識去觀測電子的具體運動狀態時，電子處於粒子和波的疊加態，由此表現出波粒二象性。而一旦有人想要觀測電子的運動時，人的想要觀測電子的“意識”會導致薛定諤方程中的波函數坍塌，故電子只能顯現出粒子的特性。這就是對於電子雙縫干涉實驗現象的“哥本哈根詮釋”。

薛定諤方程的構建者薛定諤對哥本哈根詮釋嗤之以鼻，認為這種說法簡直荒謬，為了駁倒這一理論，他提出了一個著名的思想實驗：在一個黑盒子中放一隻貓、一個放射性物質和一個毒氣瓶。外界無法觀測黑盒子中發生的任何事，而在黑盒子中，放射性物質一旦發生了衰變，就會引發毒氣瓶破碎，其釋放出的毒氣會殺死這隻貓。反之，如果放射性物質沒有發生衰變，這隻貓將平安無事。處於盒子外面的人，在不打開盒子的情況下，貓處於“既死又活”的疊加態，而一旦人打開了盒子，那麼人的意識會使得貓死活的“波函數”坍塌，使貓處於一種確定死活的狀態。難道，客觀規律會隨著人的意識而轉移？

這個思維實驗的精妙之處在於，它將微觀量子運動狀態的不確定性以一種宏觀的方法表達出來，並且試圖利用客觀規律不隨人的意識而轉移這一“事實”來駁倒哥本哈根詮釋。

科學家們都是理性且唯物的，但是，波爾對此的回答是：貓的確處於既死又活的狀態，而人的意識，也的確能夠主宰這隻貓的死活。

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“薛定諤的貓”最早是薛定諤為了反駁玻爾等人關於量子力學態疊加原理提出的一個假想實驗，後來反而成為了科普這一量子力學基本原理的著名佯謬。

歷史背景

艾爾溫·薛定諤是奧地利著名物理學家，量子力學奠基人之一，其提出的波動力學（薛定諤方程）是量子力學的基本假設，也是量子力學的三種表述之一（另外兩種是矩陣力學與路徑積分）。

當時的物理學界對於量子力學持有兩種不同的觀點，科學家們也因此分立成兩個不同陣營：一個是以玻爾為首的哥本哈根學派，支持量子力學的態疊加原理，認為粒子可以處於“若干種不同的狀態交互在一起的疊加態”，對其進行測量時會塌縮到其中一種本徵態上；另一個是以愛因斯坦為首的陣營，支持確定論，認為自然界的事物處於哪一種狀態是確定的，說了那句著名的“上帝不擲骰子”。

薛定諤是愛因斯坦陣營的擁護者，他於1935年在與愛因斯坦的通信中最早提到了這隻著（bei）明（can）的小貓：按照哥本哈根學派的說法，如果有一個密閉的盒子，裡面放置一個用原子衰變觸發毒氣的裝置，和一隻貓，因為原子狀態處於衰變與不衰變的疊加態，那麼毒氣裝置也會處於觸發與不觸發的疊加態，進而小貓也會處於死與非死的疊加態，這顯然荒謬。

隨後，薛定諤在《自然科學》雜誌發表了這個著名的假想實驗，用以反駁玻爾等人關於量子力學態疊加原理的觀點。但後來的理論與實驗都進一步表明，量子尺度下物理世界的確展現出這種令人驚訝的現象，而薛定諤的貓久而久之也就成為了向人們解釋量子力學態疊加原理的科普手段……

物理學與物理學外的意義

“薛定諤的貓”實驗用於說明態疊加原理最大的好處在於，其將微觀世界的這一難以捉摸的現象，對應到了宏觀世界，用貓的“死與活疊加狀態”，去形容粒子處於不同狀態的疊加態的詮釋。量子力學的疊加態會在粒子被測量時塌縮到某一個本徵態，具體的概率與每一個本徵態前面的係數，以及測量事件的本徵函數有關。

由於“薛定諤的貓”很好地具象化了態疊加原理這一量子力學的基本概念，但所描述的內容又令人糾結而倍感深奧，其逐漸成為一種量子力學對大眾的符號，也被巧妙而幽默地運用於生活之中。

薛定諤的貓成量子力學高深莫測的代名詞

比如在美劇《生活大爆炸》中，謝耳朵為佩妮解釋什麼是愛情來了，就用到了薛定諤的貓（意思是你要像打開盒子看看貓的死活一樣，去試試那個人才知道是不是愛情）。佩妮開始一臉懵逼，後來大概聽懂了，去跟倫納德接了個吻，感覺不錯，於是倆人愉快地牽手看電影去了。

又比如說之前討論“996”工作制的時候，某東公司負責人就說“不能一起奮鬥的人不是兄弟”，而由於他在之前曾經說過“小到一個快遞員都是我們的兄弟”，於是網友們調侃發明新詞“某某東的兄弟”，來質疑到底是不是你的兄弟……

關鍵字: 文化 薛定諤 量子力學