“薛定谔的猫” 实验的设定并不复杂,却充满戏剧性。
实验场景被放在一个封闭的盒子里,盒子里有三样核心物品:一只活猫、一个装有放射性物质的装置、一个由放射性衰变控制的毒气开关。放射性物质的衰变是典型的量子过程 —— 在一定时间内(比如 1 小时),它有 50% 的概率发生衰变,也有 50% 的概率不发生衰变,在未被观测时,放射性物质处于 “衰变” 与 “未衰变” 的叠加态。如果放射性物质发生衰变,会触发机关打破装有毒气的瓶子,毒气释放后猫会死亡;如果未发生衰变,毒气瓶保持完好,猫依然活着。
按照哥本哈根学派的解释,由于盒子是封闭的,在我们打开盒子观测之前,放射性物质处于 “衰变 + 未衰变” 的叠加态,而毒气开关的状态由放射性物质决定,猫的生死又由毒气开关决定 —— 如此推导下来,猫就会处于 “死亡 + 存活” 的叠加态,也就是 “既死又活” 的状态。只有当我们打开盒子进行观测时,放射性物质的叠加态坍缩,猫的状态才会确定下来,要么是活的,要么是死的。
这个结论在宏观世界里显然是荒谬的 —— 现实中不可能存在一只 “既死又活” 的猫,要么活着,要么死亡,二者必居其一。
薛定谔设计这个实验的初衷,就是想用 “宏观的猫” 来反衬 “微观粒子叠加态” 的反直觉,以此质疑哥本哈根学派解释的合理性:如果微观粒子的叠加态是真实的,为何宏观物体(猫)不会出现叠加态?这难道不是说明量子力学的解释存在漏洞吗?
但随着量子力学的发展,科学家们逐渐意识到,“薛定谔的猫” 并非推翻了量子力学,反而揭示了量子世界与宏观世界的 “边界问题”—— 为何微观粒子的叠加态在宏观世界中看不到?关键在于 “退相干” 现象。
在微观世界,粒子之间的相互作用较弱,叠加态能稳定存在;但宏观物体由大量微观粒子组成,这些粒子会与周围环境(如空气分子、光子)发生频繁的相互作用,这种相互作用相当于 “持续的观测”,会让宏观物体的叠加态在极短时间内(约 10 的负 30 次方秒)快速坍缩,无法形成可观测的 “既死又活” 状态。也就是说,猫从一开始就不会处于叠加态,因为盒子内的空气、猫自身的细胞活动等,都在不断 “观测” 着放射性物质的状态,让叠加态早已坍缩。
不过,“薛定谔的猫” 的意义远不止于此。
它让人类意识到,量子力学的规律并非只适用于微观世界,只是宏观世界的 “退相干” 让量子效应难以显现。
近年来,科学家们已在实验室中实现了 “宏观物体的量子叠加”—— 比如让一个直径约 10 微米的玻璃球(包含约 10 的 17 次方个原子)处于 “振动 + 不振动” 的叠加态,虽然这种叠加态极其脆弱,却证明了 “宏观量子叠加” 的可能性,也让 “薛定谔的猫” 从思想实验向现实迈进了一步。
如今,“薛定谔的猫” 已超越了量子力学的范畴,成为一种 “文化符号”。它之所以能成为流行梗,是因为它精准地捕捉到了人们对 “不确定性” 的感受 —— 生活中充满了像 “未打开的盒子” 一样的场景,事情的结果在揭晓前始终处于模糊的 “叠加态”,这种感受与 “薛定谔的猫” 的核心逻辑高度契合,让这个源自硬核物理的概念,走进了普通人的生活。
但我们也需要注意,流行梗背后的科学本质不应被消解。“薛定谔的猫” 不是简单的 “不确定”,而是对量子叠加态、观测与现实关系的深刻思考。
它提醒我们,宇宙的规律远比我们想象的复杂,即使是看似荒谬的猜想,也可能成为探索真理的钥匙。正如薛定谔本人所说:“我们所观测的不是自然本身,而是自然根据我们的提问方式所呈现的样子。”“薛定谔的猫” 所引发的思考,或许比实验本身更有价值。返回搜狐,查看更多