2018-10-9薛定谔诞辰101周年，一起聊聊那只最著名的“猫”

今年是奥地利物理学家埃尔温·薛定谔诞辰131周年，他的薛定谔方程为量子力学奠定了非常重要的基础。不过，对非物理爱好者来说，薛定谔最著名的，可能不是理论，而是一个思想实验——“薛定谔的猫”。

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一、什么是量子力学？

解析书籍《上帝掷骰子吗》

量子力学的诞生是在20世纪初，普朗克提出了一个大胆假设：能量不是连续不断的，而是一份一份的。能量的发射和吸收，就像是花钱，每次以几元、几分花出去，而且有最小面值1分钱。能量的“最小面值”，就是“量子”。

在量子力学中，有一个很重要的概念，就是“不确定性”。如果不去观测，粒子的状态就是不确定的，观测发生的一瞬间，粒子的状态才会确定下来。观测后各种状态的出现概率是可以预测的，但是无法预测具体是什么状态。比如，我们无法预测电子10秒后会跑到哪里，只能预测有哪些可能出现的位置。

著名的思想实验“薛定谔的猫”能直观地让人理解“不确定性”：盒子里有一只猫和少量放射性物质。有50%的概率，放射性物质会衰变释放毒气，杀死猫；也有50%的概率，放射性物质不会衰变，猫将存活。在打开盒子观测之前，无法知道里面的情况，猫是“既活又死”的状态。这种不确定的状态，只在微观层面，在宏观世界是不存在的。

可以说，量子力学是“反常识”的，它揭示出世界是不确定的。所以，当时很多物理学家都觉得量子力学理论还不完备，就连爱因斯坦都发出了“上帝不掷骰子”的感慨。后来，随着量子力学的不断发展，才慢慢获得了主流的认可。

二、量子力学是如何看待世界的？

解析书籍《宇宙的结构》

相对论描述的宏观宇宙中，时空是可以弯曲、拉伸的实体。时空就像一块平整的布，各种天体就像布上放的球，会让布面凹陷，这会影响周围物体的运动。所以，地球围绕太阳转，根本原因是太阳的质量弯曲了时空，改变了地球的运行轨迹。

量子力学所描述的微观宇宙，和宏观宇宙最大的不同就是引入了不确定性。空间极度扭曲、十分动荡，尺度越小，动荡就越剧烈。

而且，不仅空间是扭曲的，微观粒子间的作用也很奇特。一个典型的现象就是纠缠效应：隔得很远的两个粒子，不需要借助其他物质，就能实时进行相互影响。好比身在美国的一个人说话，身在中国的另一个人不用通讯工具就能马上知道。

这两种对世界的观点，差别巨大。所以，当今物理学界普遍在寻找一种更基础的规律，将这两种观点统一解释。于是，物理学家提出了弦理论，因为它限制了微观宇宙的最小研究尺寸，解决了微观的动荡和宏观世界的矛盾，有了统一宏观和微观宇宙理论的可能。

三、真的有“平行宇宙”吗？

解析书籍《平行宇宙》

科幻小说经常会提到一个概念，叫“平行宇宙”，又叫“多元宇宙”，是指我们所在的宇宙并不是唯一的，还有其他宇宙存在，但互相之间不干扰。这个概念也以量子力学为基础。

“平行宇宙”可以很好地解释“薛定谔的猫”实验。原本盒子中的猫“既活又死”，打开盒子就衍生出了两个平行宇宙，一个宇宙中的猫是死的，另一个宇宙的猫是活的。而因为两个宇宙互不干扰，我们才能观测到“生”或“死”唯一的结果。不过，这个理论尚未找到实证支持，还只是设想。

那么平行宇宙存不存在，对我们有什么影响？其实，对单独的个人来说，关系并不大。但对人类这个物种的来说，思考平行宇宙是有积极意义的——作者认为，现有的计算预测出，我们的宇宙总有一天会变得不适合生命生存，那时，移民到其他的平行宇宙可能会是延续物种的好方法。