关于量子世界的离奇，我们已经聊了很多。许多离奇之处都要归因于波粒二象性：在许多情况中基本粒子都做出了类似波的行为。

但这不是量子世界对我们来说如此古怪的唯一原因。事实上，粒子的类波性质是我们到现在为止了解得比较清楚的属性了。但量子世界还有一部分非常反直觉，可以说神秘莫测，那就是我们无法直接看到粒子的类波性质，我们只能观测到这种性质导致的结果。

叠加态

这部分内容你或许已经在关于双缝实验的那节中看过了。量子粒子可以处于叠加态中。这个物理属性就是说，粒子可以同时拥有好几种不同的值！举例来说，一个粒子可以同时走两条路径。因为其本质上是波，所以这并不奇怪，但非常神奇的是，如果我们实际上进行了测量，比如查看粒子的实际位置，那我们就会破坏这个叠加态。我们永远无法直接看到这种叠加态：无论何时，只要我们认真地看粒子，它就会“做出选择”，实现一种或另一种可能。我们无法事先确定它会选哪种可能，只能计算出它做每种选择的可能性。

薛定谔和他的猫：一个思维实验

等等！1935年，来自维也纳的奥地利物理学家埃尔温·薛定谔说过，这确实是件怪事。他设计了一个思维实验[1]：如果你有一种放射性物质，它具有固定的半衰期。经过特定的时间，（平均）一半的物质就会衰变。如果你只有那种物质的一个原子，会发生什么？是这样的，起初，它会处于“粒子存在于此”的状态。过了半衰期，它就会处于“粒子存在于此”和“粒子发生衰变”的叠加状态。那么在两种可能的量子叠加下，这个粒子既存在，又不存在。

可是现在，薛定谔提出，我们把这种放射性原子和一个探测器一起放到一个盒子里，当探测器检测到衰变的原子发出的辐射，它就会在盒中释放一种致命的毒气；我们还要把一只猫放进盒子里，然后把盒子盖上，确保盒子是紧紧关闭的，因此，没有光或者声音可以从盒子中透出来。在这种情况下，会发生什么呢？

薛定谔说，半衰期过后，放射性核处于已经衰变和尚未衰变的叠加态中。因此，探测器也处于已经释放了毒气和尚未释放毒气的叠加态中。因此，猫本身处于死猫和活猫的叠加态中。

那么，当我们打开盒子时会发生什么呢？那只猫原本既是死的又是活的，可一旦我们打开盒子看，宇宙就会“做出选择”，于是我们看到的不是一只死猫，就是一只活猫。这真是太奇怪了！

猫既死且生——这是为什么？

在薛定谔的时代，他想出这个实验是为了让大家看看，把量子力学的法则用在现实世界的宏观物体上有多么奇怪。但是该实验引出了量子物理中另一个非常重要的问题，也是我们没有完全搞懂的一个问题：量子世界和经典世界的边界在哪里？或者换个说法：“测量”一样事物意味着什么？

你可以说：薛定谔的猫并没有处在叠加量子态中，因为盒子里有探测器。探测器可以测出盒子里的原子核是否发生了衰变，所以盒子里发生了测量，毒气要么释放了出来，要么没有释放，不会有二者都存在的情况。

好吧，这是一个好像非常有说服力的理由，可惜它是错的。这一点“量子擦除实验”可以证明。这个实验（万幸的是该实验不涉及杀害小猫咪的可能）制造了一个两种状态的量子叠加态。然后实验者采用测量手段，以便查看到底实现的是哪种状态，按照量子力学的法则，此举会毁掉叠加态。可实验者实际上发现的情况是这样的：如果我们不看测量结果就把它删掉，那么叠加态就不会被毁掉。因此，似乎叠加态是否存在与我们有没有进行测量无关，而是和有没有人知道测量结果有关！

可这也太奇怪了。物理学对“知道”这个词可没有一个完美的定义。我们可以用以下措辞重新描述一遍“薛定谔的猫”的问题：为什么科学家打开盒子算作测量行为，而猫意识到有毒气就不算呢？猫也明白点事儿，不是吗？所以猫能进行测量吗？

薛定谔的朋友：他是否也处于叠加态？

事实上，如果有人按字面意思理解“进行一次测量”的概念，那他就算把薛定谔的猫这个思维实验推上了一个新台阶。这个想法来自物理学家尤金·维格纳。具体情况是这样的：维格纳想实践薛定谔的猫这个实验，他准备好了实验所需的一切。可是维格纳是个神经脆弱的人，他害怕看到一只被毒死的猫。于是，他在实验室外等候，找来他的一个朋友帮忙。他让那个朋友去看看盒子里的情况，看那只猫是死是活，然后走出实验室，告诉他结果。

从维格纳的朋友打开盒子到他出去告知维格纳结果，这之间短短的几秒钟里发生了什么？如果你以严格的标准来看待“测量过程”，那它与机械过程无关，而是和某个信息是否存在有关。于是，你会得出以下结论：维格纳的朋友打开盒子向里看的那一瞬间，“猫和维格纳的朋友这个联合系统”就处在两个状态的叠加态中了，这两个状态分别是“猫死了，维格纳的朋友决定告诉维格纳别进来”，“猫还活着，维格纳的朋友可以告诉维格纳没事，让他亲自进来看”。就在实验室的门打开的时候，“猫与维格纳的朋友”这个联合系统的波函数坍塌了，宇宙在这两个可能性之间做出了选择。

那么……这何时是个尽头呢？维格纳是否已经把结果告诉你了呢？没有？好吧，那么在你去问他之前，猫、他的朋友、他自己，以及他已经告诉过的所有的人，还有那些人告诉过的人等等，这个物理系统应该是处于“猫死后发生的很多事情”和“猫活下来后发生的很多事情”的巨大量子叠加之中。而只要你知道了结果，你就会成为这个巨大的量子叠加的一部分。

哎呀！到了这个时候，整个争论就变得相当玄乎，这也是为什么大多数物理学家都选择了放弃，他们要去喝上几杯，等头不疼了再继续研究。

如今，仍然没有人真正明白，在量子力学的背景下，“进行测量”到底意味着什么。量子世界和经典世界之间的边界到底在哪里？微观和宏观之间的边界在哪里？也许我们永远也不会知道。但可以肯定的是，薛定谔的猫给一代又一代的物理学家带来了灵感和神秘感。它提醒我们，我们还没有真正理解量子物理学及其所有离奇之处。

[1]思维实验指运用想象力进行的实验，往往是因为现实无法或很难做到的实验。