這個實(shí)驗(yàn)已經(jīng)流傳了幾十年了，而量子力學(xué)早已今非昔比。當(dāng)初薛定諤構(gòu)建實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)，包括愛因斯坦贊賞這個假設(shè)實(shí)驗(yàn)對量子力學(xué)提出的質(zhì)疑，用現(xiàn)代的量子力學(xué)來看其實(shí)他們當(dāng)初使勁都使錯了地方。

下面我說說實(shí)驗(yàn)本身及關(guān)鍵點(diǎn)與目的，但我們不能停留在過去，所以我會給簡單說一下現(xiàn)代的升級版量子力學(xué)，然后我們回過頭分析兩者間的問題所在，讓你通過這篇文章超過愛因斯坦與薛定諤對于量子力學(xué)的部分認(rèn)識，這是你趕超偉人的機(jī)會。

爭論的起因

如果說把量子力學(xué)分為已知和未知的兩部分，那已知部分就是我們可以通過實(shí)驗(yàn)觀察到的結(jié)果“量子糾纏”，“量子遂穿”，“不確定性原理”，而未知部分就是為什么會產(chǎn)生這些現(xiàn)象，愛因斯坦、波爾、薛定諤等大佬都想搞清楚背后的本質(zhì)。

經(jīng)典物理與量子遂穿

如果說量子力學(xué)的現(xiàn)象是深淵里射出來的光，那么科學(xué)家想搞清楚的就是深淵里到底有什么，黑暗的世界是如何產(chǎn)生這些光的。而大佬們爭論的原因就是因?yàn)樗鼈儗ι顪Y各自做出了解釋，然而他們的解釋各不相同，于是就起了爭執(zhí)。

爭論的本質(zhì)

這一切始于對微觀粒子的測量，原子的結(jié)構(gòu)并非我們所想的電子有自己的軌道，在軌道上運(yùn)行。實(shí)際上，電子的運(yùn)動軌跡就像一朵云，但是這不是我們所看到的，而是通過實(shí)驗(yàn)得到的。當(dāng)我們想測量一個物體運(yùn)行的軌跡時我們需要這個物體的兩個量：速度與位置，由此我們才能判斷它下一刻的位置，從而得到它的運(yùn)行軌跡。

氫原子（波函數(shù)）電子云呈現(xiàn)的分布

然而在實(shí)驗(yàn)測量的過程中科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，電子的位置和速度根本無法測量，他們發(fā)現(xiàn)電子的速度和位置都是“規(guī)律的隨機(jī)”，什么意思？就是它們是按概率分布的，但是在這些概率中具體是哪個概率卻是隨機(jī)的，無法形成一個有規(guī)律的結(jié)果，讓我們無法推斷出軌跡。      

通俗的說通過無數(shù)次測量，我們把測量的情況都標(biāo)注出來，會發(fā)現(xiàn)電子構(gòu)成了一個性狀，或者說一朵云，它會在這朵云中隨機(jī)出現(xiàn)，但是具體在哪我們不知道，只有在我們測量的時候它才會給我們一個結(jié)果，變成一個點(diǎn)，好像在說：“看其實(shí)我是一個粒子，并不是一朵云，只是你們不懂我”。

波爾解釋說：它是一個粒子，同時出現(xiàn)在云中的所有位置，當(dāng)我們要測量它的時候它會隨機(jī)選一個位置出現(xiàn)，告訴我們它在哪。

這個解釋非常詭異，如果它是一個粒子，它又為什么會同時出現(xiàn)在那么多位置？難不成它會分身嗎？

愛因斯坦說：它就是一個粒子，它不可能同時出現(xiàn)在云中的所有位置。在你測量之前它就是在那個位置，所以我們得到結(jié)果并非隨機(jī)的，但具體它會出現(xiàn)在哪，我們暫時不清楚。

美國量子物理學(xué)家休·艾弗雷特說：它同時出現(xiàn)在云中的所有位置，當(dāng)你去測量的時候，在這個宇宙中它出現(xiàn)在這里，在其他平行宇宙中，另外一個愛因斯坦或者波爾測得結(jié)果是在那里，無數(shù)個平行宇宙測得結(jié)果組合起來又會形成電子云。

還有十多種理論，這里不一一說了，反正公說公有理婆說婆有理。

幾十年前的貓——不確定性

有了上面的爭執(zhí)便有了這個假想實(shí)驗(yàn)，薛定諤描述的是一只貓放在裝有少量放射性物質(zhì)的盒子里。當(dāng)放射性物質(zhì)衰變時，它會觸發(fā)毒藥瓶上的計數(shù)器，導(dǎo)致毒藥瓶被破壞，從而殺死貓。

原子是以“即將衰變”和“不會衰變”的組合狀態(tài)開始的，而放射性物質(zhì)的原子衰變受量子力學(xué)定律的支配。也就是說量子力學(xué)的定律決定了貓的生死，薛定諤把微觀世界抽象的概念過渡成了現(xiàn)實(shí)問題。于是粒子到底是不是隨機(jī)出現(xiàn)的微觀態(tài)尺度和貓的生死這種宏觀態(tài)尺度聯(lián)系了起來。

關(guān)于生命只有兩種可能，非死即活，而在實(shí)驗(yàn)中的貓有了第三種狀態(tài)，既死又活，因?yàn)樗且恢淮怼半娮印睜顟B(tài)的量子貓。波爾說電子即在那，也在那，所以薛定諤說：“如果波爾說的是對的，那么貓既是死的也是活的，如果你打開箱子想看看它到底是死是活，不好意思，結(jié)果是隨機(jī)的，變成了要么死，要么活?！?/span>

埃爾溫·薛定諤（Erwin Schr?dinger）是量子力學(xué)的奠基人之一，他構(gòu)建了這個假想實(shí)驗(yàn)是用來嘲諷以波爾為首的“哥本哈根”學(xué)派對于量子狀態(tài)的解釋，即生死“疊加態(tài)”是一個荒謬的理論，與現(xiàn)實(shí)世界不符。

如果你仔細(xì)看，你會發(fā)現(xiàn)爭論還存在著另外一個核心并非是電子的狀態(tài)是否存在疊加態(tài)，而是打開箱子之前什么樣和打開箱子之后什么樣，打開箱子觀看結(jié)果的這個過程叫做測量，而測量是人驅(qū)動的。

薛定諤為什么要用貓？是因?yàn)樨埐痪哂腥祟惖囊庾R，所以實(shí)驗(yàn)中的貓不會因?yàn)樽晕乙庾R驅(qū)動改變實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，波爾認(rèn)為因?yàn)?/span>人去測量驅(qū)動了量子狀態(tài)隨機(jī)的出現(xiàn)，這個現(xiàn)象叫做波函數(shù)坍縮，也就是說量子的“不確定性”是因?yàn)槿说臏y量，所以量子力學(xué)中有一個“測不準(zhǔn)原理”。

愛因斯坦也認(rèn)為“觀察者”驅(qū)動了量子的改變是有問題的，并對薛定諤對的貓的假設(shè)表示支持，他說（原話）： “波爾的解釋被您的放射性原子+蓋革計數(shù)器+毒藥+貓的電荷系統(tǒng)最優(yōu)雅地駁斥了。在一個盒子中，系統(tǒng)同時包含活著的貓和死了的貓。只有在物理學(xué)家在調(diào)查時，貓的狀態(tài)才會創(chuàng)建一個結(jié)果？”

愛因斯坦的意思：（趣談科學(xué)、科學(xué)美少男理解之后通俗翻譯）

“薛定諤你這比喻太好了。

波爾，你確定你面前有個杯子嗎？按你的話說杯子和世界的萬物即存在又不存在，只有當(dāng)你去看它的時候才知道它在不在，或者是只有當(dāng)你去看它的時候，杯子決定出現(xiàn)不出現(xiàn)。

波爾，是不是當(dāng)你要看的時候，上帝擲了下骰子，2點(diǎn)小，“顯現(xiàn)為小，消失為大”，好吧！杯子出現(xiàn)吧！”

新薛定諤的貓與破解辦法——波粒二象性

“不確定性”原理的出現(xiàn)，使這只貓出現(xiàn)了，也導(dǎo)致了量子力學(xué)跟自由意識產(chǎn)生了關(guān)系，似乎有種要往哲學(xué)方向演變的苗頭，并且出現(xiàn)了大量地攤文學(xué)。實(shí)際上，結(jié)果與測或不測其實(shí)并無關(guān)聯(lián)，如果你理解這點(diǎn)你就已經(jīng)超過了薛定諤和愛因斯坦在不確定性上對量子的理解。

什么是概率分布？問這個學(xué)校同學(xué)都考多少分，我們不能隨便拿起一張試卷看80，然后就認(rèn)為這個學(xué)校同學(xué)都考80分，我們應(yīng)該隨機(jī)抽取100份試卷，做一個分?jǐn)?shù)段統(tǒng)計圖，然后說100分占10%，60分占70%......

量子在我們不測量的時候，就像是全校的試卷分?jǐn)?shù)都被遮住了，你不知道隨意抽出一張卷子會是多少分，但是你抽出了100張卷子，知道這個量子的概率分布，下次在抽的時候你知道有10%的概率會抽到100分，70%的概率會抽到60分，但是你抽與不抽并不會影響學(xué)校學(xué)生考試的結(jié)果。

學(xué)校分?jǐn)?shù)和量子唯一的不同點(diǎn)是，學(xué)校是很多學(xué)生考試的結(jié)果，而量子是一個人考試的結(jié)果，或者說一個粒子的結(jié)果，這就是著名的波粒二象性。聽不明白了？

波粒二象性

我們一開始說電子如同一朵云（波動性），就像全校的試卷分?jǐn)?shù)，測量時它是一個電子，這就像我們抽出了一張試卷的分?jǐn)?shù)，但是你能說這個粒子就考80分嗎？不能，這就像波爾說的，所有具有確定性概率分布的波函數(shù)坍縮成了一個點(diǎn)，也就是說所有試卷在你抽的時候，是你隨機(jī)抽了一張。為什么一個電子會形成一朵云，同時在概率分布的任意位置？為什么一個學(xué)校里只有一個學(xué)生，卻考出了全校不同的分?jǐn)?shù)，只是因?yàn)樗遣ǎ哂胁▌有浴?/span>

如果你還無法理解，你就記住這個比喻：粒子就像是“孫悟空”，拔了身上的毛變出很多分身，同時出現(xiàn)在不同的地方，形成一個悟空軍隊向前波動前進(jìn)和妖怪大軍干架，當(dāng)唐僧一叫：“悟空”，波形軍隊會消失只會隨機(jī)位置隨機(jī)留下一個孫悟空，回應(yīng)唐僧：“師傅，我在這呢”！根據(jù)波形不同，不同地方悟空的數(shù)量不同，不同地方悟空的數(shù)量呈概率分布。

帶著對“波粒二象性”的理解再回過頭看貓。

問在沒打開箱子之前，貓是什么狀態(tài)？回答：即死即活，同時存在，但是為概率分布：死50%，活50%。

問打開箱子之后會出現(xiàn)什么結(jié)果？回答：測100次，一般會有50次死，50次活。

問這個結(jié)果由什么決定的？回答：由波粒二象性決定的，波函數(shù)坍縮是隨機(jī)的，與測量無關(guān)，不以人的意志為轉(zhuǎn)移。

以上就是貓的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的目的，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)的升級！