薛定谔的猫所引发的问题
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摘要：由薛定谔猫理想实验所引发的利用态叠加原理来解释猫可能处于的状态，也就是在观察之前会处于多个可能的状态。对于这种现象有三种解释：一个是哥本哈根的在测量时波函数发生坍塌的解释；一个是由埃弗雷特提出的多宇宙诠释；另一个是冯·诺依曼的意识产生的解释。
关键词：薛定谔猫，坍塌，波函数，态叠加
中图分类号： S829.3 文献标识码：A文章编号：
在宏观现实生活中，猫是我们再也熟悉不过的动物了，对于一只活泼乱跳的猫，我们对它最客观的评价是“它是活的”；而对于一只已经停止呼吸的猫，我们只能说“它是死的”；然而猫的状态真的只有这两种状态吗？是否存在一种半死半活的猫呢？我们不妨去微观世界寻找答案。
量子力学的奠基人之一埃尔文·薛定谔在很早以前就已经注意到了量子力学的迭加问题在宏观上的体现，他提出了猫可能处于一种死活未定的状态之中，这个较有趣的悖论被称作猫的悖论。
薛定谔设想了一个关于辐射原子和猫相互作用的实验，一只猫被关在内部设有“机关”的铁箱内，要保证此装置不会对猫产生干扰，在铁箱内猫碰不着的地方，放一小瓶氰化钾，把一小块放射性元素镭放入盖勒计数器中，它非常小，使它的量控制在一小时之内，任何一个镭原子产生或者不产生衰变。如果衰变，计数管便会放电同时释放一重锤，进而击碎一个盛有剧毒的氰化钾小瓶，因此，这只猫必然会毒死。但是，若是在这段时间上原子没有发生衰变呢这只猫还会安然无恙的。所以这只猫在箱子中，到底处于一个什么状态呢？无人可以给出一个准确的答案。
在日常生活中，我们非常清楚，那只猫会非死即活，然而在未打开箱子之前，我们并不能预测它是处于什么状态。这时我们也只能用几率来说明它可能处于某个状态，这就是很让人费解，我们不禁会这样想：真的会有半死半活的猫吗？让我们回到量子力学的角度去剖析这个问题，根据量子力学薛定谔方程，箱内的两个系统处于两种波函数叠加的状态，一种是“活猫”的状态、另一种是“死猫”的状态，这两种状态都是真实存在的。但是是一个又活又死的猫，究竟是什么意思呢？想必也只有那只关在箱子里猫它自己知道它是死还是活吧。
传统的哥本哈根解释是从一个不同的角度来看这些概率。它说，从效果上看，这两个波函数都同样的不真实。当我们往箱子里观看时，它们当中中有一个固化为现实。我们可以注意到这种解释的前提条件是箱子会打开时，整个系统的波函数会发生坍塌，然而你却不能想象为在有人观察之前，屋子里有一只死猫，或者仅仅是一只活猫。因此，如何定义一个“有意识”的观察者呢？要选择已经毒死或还活着的猫吗？我们又如何知道那只猫的死活呢？在量子概率性与我们所认为真实性之间的分界线又在何处呢？从量子角度出发电子设备是由原子和分子构成的，所以检测器不能使波函数坍塌；但是猫或者人也是由分子和原子构成的，那么我们为什么能呢？我们不禁会问一个系统成为“真实的”能够使波函数发生坍塌之前应该包含多少分子呢？
埃弗雷特的解释接受了整个量子方面的表面价值，接受了两个波函数的事实，但它们位于不同的两个世界中，也就是说，如果一个量子体系处于n个量子态的迭加，该宇宙就会分裂成n个相同的宇宙。这个诠释的优点是：薛定谔方程始终成立，波函数从不坍缩，由此它简化了基本理论。它的问题是：设想过于离奇，付出的代价是这些平行的世界全都是同样真实的。然而多宇宙论也是受到质疑的，假设每发生一次测量，宇宙就会分裂一次，但是什么是一次测量呢？我们怎样对宇宙进行测量呢?而且多宇宙论也是不能被检测的，我们意识在某一时刻局限于一个宇宙，怎么能证实或否定其它宇宙的存在呢？而多世界理论是目前无法证实、但也无法证伪的理论，自这个理论被提出以来，就争论不休，直到现在也没有谁能更好的诠释多宇宙的存在。
20世纪最伟大的两位量子力学思想家，约翰·冯·诺依曼和尤金·魏格纳也对这个问题进行了大量的思考，他们认为观察者的意识在波函数的坍缩中起着关键作用，听起来就像精神支配物质的思想一样，冯·诺依曼设计了一个无止境的测量装置链，每一个装置都观察着前一个装置，但是没有一个测量装置带来波函数的“缩编”，只有测量结果进入某人意识之中时，量子边缘态才会实现坍缩，因此仅用一些记录装置来装备实验室是不够的，除非有意识的人在那个箱子里观察现象。如果让“魏格纳的朋友”也在那个箱子里，观察猫所处的状态会怎样？我们可以问他原子是否衰变了？猫是否还活着？可是谁又忍心让自己的朋友去冒那个险呢？假若原子真的衰变了，猫也死了，可是同样在箱子里的人会怎样，我们都可想而知了，如果实验真的可以这样做的话，谁又肯去做那个“替罪羊”呢？所以薛定谔猫实验依然是一个假想实验，如果是世界上唯一的非量子力学部分都是靠意识产生的，那么为什么不同的观察者对观察到的物理世界看法一致呢？又让我们想到了，爱因斯坦的疑问，在我们不去看月亮的时候，月亮是否会存在呢？
我们不禁疑惑“不就是一只假想的猫吗？我们需要这样的锱铢必较吗？”这也许就是我们与科学家的不同了，针对一个困惑我们的问题，我们可能会选择“敬而远之”，然而科学家们则会究其因果。我们对于这个问题也许就把它当做了一个没有答案的谜语，而那些作为科学事业的探索者们却潜心挖掘归根溯源的谜底。他们称，薛定谔的猫不仅仅具有理论研究的意义，而且也具有应用的潜能，例如，多粒子的薛定谔猫态系统可以作为未来高容错量子计算机核心部分，也可以用来制造灵敏的传感器。同时薛定谔猫的研究对于哲学领域也有了进一步的认识，有人认为自我意识可能与更微观的量子力学规律有着千丝万缕的联系？还有人提出思维中的顿悟，会不会与不确定的态叠加有关呢？在生命的长河中,起源、变异、衰老等等这些内部的奥秘会不会也受着量子力学微观世界的影响呢？
参考文献：
[1]爱因斯坦的灵魂——量子纠缠之谜 郭光灿、高山/著 北京理工大学出版社
[2]物理之谜 杨宗书 文汇出版社
[3]寻找薛定谔的猫 [英] 约翰·R·格利宾/著 张广才、许爱国等译 海南出版社
[4]量子力学的世界 （日）片山泰久 /著 辽宁人民出版社
[5]原子中的幽灵 [英]戴维斯 布朗合编 易心结译 洪定国校 湖南科学技术出版社
[6]新量子世界 [英]安东尼·黑 帕特里克·沃尔特斯 著 雷奕安译 湖南科学技术出版社
作者简介：邵文宜，女，（1991.10—），学校：沈阳师范大学物理科学与技术学院 2010级