薛定谔、女朋友、猫

薛定谔(e·薛定谔，1887-1961)是奥地利著名的物理学家和量子力学的创始人之一。他获得了1933年诺贝尔物理学奖。薛定谔方程是以他的名字命名的，它描述了量子力学中原子和电子等微观粒子的运动。

薛定谔的猫，也被称为薛定谔佯谬，指的是由薛定谔的思想实验引起的佯谬，该实验旨在解释量子力学中的“叠加态”。

所以，首先，我们需要知道什么是“叠加态”？

根据我们的日常经验，一个物体在某个时刻总是处于固定的状态。例如，我说:我女儿现在在客厅，或者我说:我女儿不在客厅。不管是进是出，这两个状态必须是第一个。然而，在微观量子世界，情况不同。微观粒子可以处于所谓的“叠加态”，这是不确定的。例如，电子可以同时位于两个不同的地方:a和b，也就是说，电子在a中而不在a中。电子的状态是“在”和“不在”，这两种状态按照一定的概率叠加。这种电子的混合状态被称为“叠加态”。

一个聪明的读者会说，“我女儿现在在客厅里或在外面。一目了然。如果电子在A中或者不在A中，你就不能测量它吗？”是的，当我们“测量”一个电子的状态时，电子的“叠加态”不再存在，而是“塌缩”成“在一个”或“不在一个”，两种状态之一。然而，微观和宏观的区别是在观察之前。女儿不在客厅的事实在观察前已经成为事实，它不会因为“看”或“不看”而改变。然而，对于坍缩前微观电子的状态没有明确的结论。直到它被测量，它才被崩溃所决定。这是微观世界中量子叠加态的一个奇妙特征。

尽管量子现象显得如此神秘。然而，量子力学的结论早已被许多方面的实验所证明，被学术界所接受，并应用于各行各业。量子物理对我们的现代日常生活有很大的影响。电子革命和以此为基础的光学革命将我们带入了今天的计算机信息时代。可以说，没有量子力学，就不会有今天所谓的“高科技”产业。

如何解释量子力学的基本理论仍然是一个有不同意见的问题。这也深深困扰了它的创始人，包括伟大的爱因斯坦。微观叠加态的特征与宏观定律如此不同，以至于像薛定谔这样的物理学家无法理解。因此，薛定谔在1935年发表了一篇题为“量子力学的现状”的论文。在论文的第五部分，薛定谔创造了一个薛定谔猫的理想实验，试图将微观的不确定性转化为宏观的不确定性，将微观的困惑转化为宏观的悖论，从而引起大家的注意。果然！物理学家一直在争论这个悖论。

以下是薛定谔猫的实验描述。

把一只猫放在一个封闭的盒子里，然后把盒子连接到一个装有核和毒气设施的装置上。假设这个原子核有50%的衰变概率。当衰变时，会释放出一种粒子，这将触发毒气设施，从而杀死猫。根据量子力学的原理，这个原子核在没有被观察到时处于衰变和非衰变的叠加态，因此，这只可怜的猫应该相应地处于“死”和“活”的叠加态。没有死或活，死或活，不确定的状态，直到有人打开盒子观察它。

实验中的猫可以类似于微观世界中的电子(或原子)。在量子理论中，电子可以不是处于固定状态(0或1)，而是处于两种状态(0和1)的叠加状态。如果叠加的概念适用于猫，也就是说，叠加的猫是半死不活的。

量子理论认为，如果不打开盖子观察，薛定谔的猫态是“死亡”和“活着”的叠加。猫将永远处于死亡和生命的叠加状态。这严重违背了我们的日常经验。一只猫，不管是死的还是活的，它怎么可能不是死的或活的，半死不活的？不要低估这个听起来荒谬的物理理想实验。它不仅在物理学上，而且在哲学上都有重要意义。

说到哲学，聪明的读者会再次发笑，因为在古代哲学中，不凡是一种似是而非、模棱两可的说法。这难道不是辩证法的思想吗？你有我，我有你，一是二，二是一，二是一，天人合一，等等，如此而已。

这是真的，这就是为什么有些人用这个比喻来描述薛定谔的猫:男人和女人在开始恋爱之前不知道结果是好是坏。此时，爱情的结果可以被看作是好与坏的混合叠加。如果你想知道结果，唯一的办法就是尝试，但是只要你尝试，你就改变了原来的结果！

无论如何从人文科学的角度解释和理解薛定谔的猫，人们仍然认为量子理论听起来很奇怪。有些读者可能会说，“你拉了半天，我还是不懂量子力学！”

幸运的是，我们刚才已经给了读者一个机会，不是吗？没有人理解量子力学，包括薛定谔自己！薛定谔的初衷是利用薛定谔猫实验的荒谬结果来嘲笑哥本哈根学派关于将“波函数”概念引入量子力学和薛定谔方程的概率的解释，但事实上，这个假设实验已经把薛定谔本人置于他所创立的理论的对立面。难怪一些物理学家调侃薛定谔:“薛定谔不理解薛定谔方程！”

到目前为止，我们已经解释了半天的薛定谔猫实验的原因和结果，但是没有一个字是关于薛定谔的女朋友的。为了不使读者失望，我们应该尽快把这些流言蜚语补上。

薛定谔应该有非凡的个人魅力，迷人的和众多的女朋友。否则，它怎么能触动纽约剧作家马修·威尔斯的灵感，他是舞台导演，为薛定谔的女朋友写一部舞台剧呢？

薛定谔的女朋友是一部关于爱情和量子物理的另类浪漫喜剧。剧作家马修·威尔斯本人除了高中课程之外没有接受过科学教育，但却痴迷于物理学的神秘。他说:“我永远也不会进入数学领域，但我发现数学背后的概念、愿景和类比是如此迷人！”

在舞台剧中有一段有趣的话:“波动-粒子二元性还是妻子-情人二元性更难？”据说薛定谔有许多情妇，许多私生子，还有许多身边的知己。薛定谔的女朋友就像薛定谔的猫一样不确定。薛定谔对婚姻和爱情的看法和他的物理理论一样非凡。据说薛定谔是一个“多情种子”类型的人物。虽然他有许多情妇，但他总是真诚地爱着一个女人。或许我们可以用量子力学的语言来比喻:薛定谔的感情和性生活总是处于复杂的叠加态，包括许多本征态。在某个时期，当叠加态“崩塌”成某个本征态时，薛定谔就会落入女友的怀抱。

然而，在薛定谔的众多女友中，有一个非常不寻常的神秘女人成为了剧中的女主角。

1925年圣诞节前，薛定谔像往常一样去美丽的白雪皑皑的阿尔卑斯山度假，但这次他的妻子安妮没有陪他，而是一个来自维也纳的神秘女友。薛定谔的女朋友是神秘的，甚至在80多年后的今天，也没有人验证她的身份。考官不知道她是薛定谔的情妇。无论如何，在这对夫妇的幸福时光中，这个神秘的女孩极大地鼓舞了薛定谔，使他保持了惊人的创造力和洞察力。结果，物理学家说薛定谔的伟大工作是在他一生中情绪激动的时期完成的。薛定谔本人并不否认这一点。他认为，通过观察这个非凡的女人，他找到了困扰科学中看似矛盾的波粒二象性的关键。果然，在接下来的一年里，薛定谔先后发表了六篇关于量子力学的重要论文，并提出了著名的薛定谔方程。因此，在享受量子力学带给我们的辉煌科技成果的同时，我们也应该感谢这个神秘的女孩所做的贡献。

总而言之，是薛定谔的神秘女友激发了薛定谔天才的想象力和灵感，并建立了薛定谔方程和微观世界中粒子的波函数。然后薛定谔不同意哥本哈根派对波函数的解释，设计了薛定谔猫的思维实验。用薛定谔自己的话来说，他会用这个“恶魔装置”让人们一看到它就变得苍白。薛定谔说:看，如果你把波函数解释为粒子的概率波，它将导致猫既死又活的荒谬结论。因此，概率波理论是站不住脚的！

这只猫真让人毛骨悚然，相关的争论一直持续到今天。就连伟大的物理学家霍金也曾愤怒地说:“当我听说薛定谔的猫时，我跑去拿枪，想用枪杀死这只猫！”

在宏观世界中，死猫和活猫不可能存在，但许多实验已经证实了微观世界中叠加态的存在。简而言之，通过薛定谔的猫，我们知道叠加态和测量时叠加态的崩溃。

叠加态的存在是量子力学最大的秘密。这是量子现象之谜的根源，也是我们理解量子力学的关键。