薛定谔的猫：活着，而且死了？| 科学世界·特辑

物理学家埃尔温·薛定谔（1887～1961）发现了量子理论的基本方程——“波动方程”，并于1935年提出了后来被称为“薛定谔的猫”的著名思想实验。

1、处于叠加态的猫

首先，解释一下薛定谔的猫的设定。一个铁箱中装着猫和毒气发生器。毒气发生器的开关与放射性物质及辐射探测器连在一起，一旦检测到放射性原子发出的辐射，就会产生毒气毒死猫。假设该原子在1小时内发生衰变并产生辐射的概率为50%。

一小时后，该原子有50%的可能性发生了衰变。根据量子理论，这时原子处于未衰变和已衰变的叠加态。而且，如果量子理论的规则能够严格适用于箱子内部，那么，猫也会处于还活着的状态和已经死亡状态的叠加态，在观测者打开箱子进行观测之前，不能确定猫是活着还是死了。在观测的瞬间，原子就会坍缩为已衰变的状态或未衰变的状态，猫的生死也会坍缩为还活着或已经死亡。

谁也没有见过活着和死了的叠加猫，即生死叠加的奇怪状态，这就像是悖论。因此，提出这个思想实验的薛定谔本人也称之为“完全滑稽的例子”。之所以得出如此可笑的结论，是因为故事的什么地方有错误吗？

2、量子理论的原理并不矛盾

薛定谔的猫提出了一个关键问题——微观物体的物理定律，即量子理论的规则可以无限应用于宏观世界吗？薛定谔想说的是，无论态的叠加还是状态因观测而坍缩，都是在微观世界里成立的规则，但如果硬要将其应用于猫这样的宏观物体上，就会得出这种荒谬的结论。

然而，现在人们认为这个思想实验与量子理论的框架并不矛盾。根据量子理论，并未发现活猫与死猫的叠加态有什么地方不符合逻辑。

不过，薛定谔的猫能否真正实现则是另外一个问题。众所周知，态叠加很难维持，很容易因热和粒子之间的碰撞等相互作用而坍缩。测定对象越大越复杂时，粒子之间的相互作用就越多，维持叠加态就会变得极其困难。

要想实现活猫与死猫的叠加，必须达到极高的实验精度，能够精准控制构成猫的所有原子、分子、电子以及释放和吸收的光子。目前的观点是，如果能够达到这种实验精度，薛定谔的猫的实验在原理上也是可以实现的。

量子的世界非常神奇，除了“薛定谔的猫”，本期特辑还有很多包含矛盾的悖论，比如“在‘量子俄罗斯轮盘赌’中一定有办法幸存下来？”“坠入黑洞的信息会永远消失吗？”......如果你想了解更多来自微观世界的不可思议，欢迎阅读《科学世界》2025年第12期特辑部分——《量子悖论》。

本文摘编自杂志2025年第12期，文章内容略有删改。

实习编辑 | 唐一菲