薛定谔的猫-量子力学中最受欢迎、被误解的宠物

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参考文章：对薛定谔的猫的简要说明。

艺术家对薛定猫的描绘。（图像：©快门）

被称为薛定谔的猫的思想实验，是量子力学中最为著名和被误解的概念之一。通过深入探索，研究人员对物质现实有了惊人的了解。

根据《量子》杂志上的一篇文章，奥地利物理学家埃尔文·施罗德(Erwin Schrodinger)帮助发现了量子力学这门学科，他于1935年作为对最初由爱因斯坦提出问题的评论，首次构思了他的猫难题。

在发展对亚原子领域的新认识时，大多数爱因斯坦和薛定谔的同事已经意识到，量子实体表现出极其奇怪的行为。丹麦物理学家尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）倡导一种理解，即像电子这样的粒子在被测量之前并不具有明确的特性。在此之前，粒子存在于所谓的状态叠加中，例如，有50％的机会上旋，并有50％的机会下旋。

图源：dy.163

爱因斯坦（Einstein）尤其不喜欢这种模棱两可的解释。他想知道宇宙究竟是如何知道有人正在测量某物的。薛定谔用他臭名昭著的概念猫强调了这种荒谬。假设一个人制造了一个奇怪的装置，薛定在1935年的一篇论文中写道，“量子力学的现状”。该仪器由一个装有密封的氰化物小瓶的盒子组成，盒子上方悬着一个锤子，该锤子连接到盖革计数器上，用于瞄准一小块轻度放射性铀。盒子里还有一只小猫（记住，这是一个从未实际进行过的思想实验）。盒子被密封住，实验要进行一定的时间，可能是一小时。在这一小时内，铀的粒子服从量子力学定律，它有一定几率发出辐射，由盖革计数器将其吸收，反过来，这将会使锤子落下并砸碎小瓶，猫因氰化物中毒致死。

图解：薛定谔的猫的思想实验。图源：21ic。

根据玻尔等人的说法，在打开盒子“观测”猫的状态之前，它将保持在生和死的叠加状态。像爱因斯坦和薛定谔这样的人都拒绝这样的可能性，因为这与我们的通常经验是不符的–猫要么活着，要么死了，而不是两者情况同时存在。

科学记者亚当·贝克尔（Adam Becker）在他的《什么是真实的》一书中写道：“量子物理学缺乏一个重要的组成部分，这是一个有关其与世界事物的排列方式的故事（基础书籍，2018年）。” “由量子物理学控制的惊人数量的原子是如何创造我们所看到的世界的？”

薛定谔的猫触及了玻尔对现实的解释的怪异之处：在量子与日常领域之间缺乏清晰的界线。尽管大多数人认为它提供了一个示例，以支持粒子直到被测量前都缺乏明确的性质，但薛定谔的初衷则完全相反，他想要表明这种想法是荒谬的。然而几十年来，物理学家在很大程度上忽略了这个问题，转而研究其他难题。

但从20世纪70年代开始，研究人员能够证明量子粒子可以在总是相对的状态下产生——因此，如果一个粒子表现出上旋，另一个粒子将是下旋——这种现象薛定称之为量子纠缠。这项工作已被用来支持新兴的量子计算领域，该领域有望产生远快于当前技术的计算机。

图解：量子纠缠。图源：sohu。

2010年，物理学家们还成功地创造了一个现实版的薛定谔的猫，尽管是以一种不涉及谋杀(又名杀害小猫)的方式。加州大学圣巴巴拉分校（University of California, Santa Barbara）的科学家们制造了一个谐振器，基本上是一个很小的音叉，相当于电脑屏幕上的像素大小。他们将其置于一种既振荡又不振荡的叠加状态，表明相对较大的物体也可以占据奇异的量子态。

这一项实验将多达2000个原子群同时放在两个不同的地方，进一步模糊了微观和宏观之间的界线。2019年，格拉斯哥大学(University of Glasgow)的研究人员甚至设法用一种特殊的相机拍下了纠缠光子的照片，每当一个光子与其纠缠的对象出现时，该相机就会拍摄一张照片。尽管物理学家和哲学家尚未就如何思考量子世界达成共识，但薛定谔的洞见已经产生了许多卓有成效的研究途径，并且在可预见的未来里很可能会继续这样做下去。