相信喜歡科幻電影的朋友們，都曾聽說過“薛定諤的貓”這個詞。

這隻神祕的貓在電影中神出鬼沒，遊走於生死與真假之間，既真又假，既生又死，無人知曉其確切狀態，精準戳中了量子力學最核心的神祕特性——疊加態。

（薛定諤的貓想象圖）

那麼，這隻真正能夠體現“遇事不決，量子力學”此梗真諦的貓咪，究竟是什麼意思？

它又是如何突破現實的界限，將我們所見的一切轉化爲投擲骰子的概率事件？這背後，其實只是一個對於量子微觀宇宙的比喻，但這個比喻卻通俗易懂解釋了量子力學從理論爭議到改變世界的完整脈絡。

（薛定諤的貓想象圖）

貓的誕生：源於物理學家的“隔空論戰”

關於薛定諤的貓，還要從物理學史上一場著名的“學術互懟”說起。

上世紀二三十年代，以玻爾、海森堡爲代表的哥本哈根學派提出了著名的觀測者效應：微觀粒子在未被觀測前，會同時存在於所有可能的狀態中（即疊加態），而觀測行爲本身會迫使粒子“選擇”一種確定狀態，這一過程被稱爲“波函數坍縮”。

（關於觀測者效應的想象圖）

可沒想到，這種觀點卻引起了薛定諤的不滿。

薛定諤爲了反駁這種“違背常識”的理論，設計了一個思想實驗：將一隻貓關在裝有少量放射性物質和毒氣裝置的密封容器裏。

放射性物質有50%的概率在一小時內發生衰變，一旦衰變就會觸發機關釋放毒氣，毒死貓咪；若未衰變，貓咪則安然無恙。

（薛定諤開始毒舌吐槽）

按照哥本哈根學派的理論，放射性物質可以同時處於衰變和未衰變兩種狀態，那麼這隻貓也就隨之處於既死又活的疊加態，也就是所謂的，有的時候貓死了，但它還活着，有的時候貓活着，但它已經死了。

不得不說，這個設想顯得過於荒謬,薛定諤正是想要以此對哥本哈根學派發起毒舌攻擊。

（哥本哈根學派代表玻爾）

但事情的發展完全超出了薛定諤的預料,後續的實驗不斷證明，微觀世界的規則確實與宏觀世界截然不同——電子雙縫干涉實驗就清晰顯示，電子在未被觀測時會同時穿過兩條縫隙（呈現波的特性），而一旦安裝觀測裝置，電子就會“乖乖”選擇一條縫隙通過（呈現粒子特性）。

這意味着，觀測者並非被動接收信息，而是主動參與了量子系統的演化。

（量子層面的東西很難把握）

就像你買彩票時，在開獎前處於“中了暴富”和“沒中獎只能繼續上班”的疊加心態，而開獎這個“觀測行爲”，會讓你瞬間進入一種確定狀態。

當然，這個確定狀態，往往你不會喜歡。

（買彩票中不中獎就是一種疊加）

貓的生死謎題：量子世界的“概率遊戲”

當然，看到這裏，很多人會疑惑，難道不看這隻貓，它就真的又死又活嗎？

這裏需要明確一個關鍵前提，薛定諤的貓並非描述宏觀世界的真實場景，其實只是一個比喻。

因爲在宏觀世界中，由於存在大量粒子的相互作用（即“環境退相干”），疊加態會迅速消失，貓咪的生死必然是確定的；但在微觀世界，疊加態是粒子的基本屬性。

（量子力學）

舉個通俗的例子：就像你和別人打賭拋硬幣，正面朝上還是反面朝上一樣，硬幣出手的那一刻，無法確切知道最終結果。

而電子就像一枚“量子硬幣”，在未觀測時，它同時是“正面 + 反面”的疊加態，只有在被觀察時，它纔會立即坍縮爲“正面”或“反面”中的一種。

聽起來很玄學是吧，但其實現在的量子計算機、量子通信早就證明了玄學的背後就是科學。

要知道，量子計算機之所以能實現超高算力，正是利用了量子比特可以同時處於“0 + 1”疊加態的特性，一次運算就能處理多種可能。

（量子計算機）

回到那隻貓的生死問題上，答案其實很明確：在量子力學的框架下，“貓的生死”在觀測前只是一個概率問題:

就像拋硬幣時，硬幣在空中未落地前，我們無法確定正反面，但這並不意味着硬幣同時是“正 + 反”的狀態——概率的不確定性，不等於狀態的疊加性。

但只要被觀察，問題總會水落石出。

（薛定諤的貓）

從理論到現實：這隻貓如何改變世界？

當然，這種觀察不僅是一種設想，甚至在我們當代社會當中，已經成爲了一種現實。

就比如前文提到的量子計算機，傳統計算機的比特非0即1，而量子比特的疊加態讓它能同時處理海量數據。

谷歌的“懸鈴木”量子計算機，曾用200秒完成了傳統超級計算機需要10000年才能完成的計算任務。它的核心原理，正是薛定諤的貓所揭示的疊加態邏輯。

（“懸鈴木”量子計算機）

還有量子通信：利用量子疊加態和糾纏態的特性，實現“一次一密”的絕對安全通信。

中國的“墨子號”量子科學實驗衛星，就是通過量子糾纏原理，讓地面接收站之間的通信無法被破譯——這正是“觀測會改變量子狀態”的實際應用，任何竊聽行爲都會留下痕跡。

甚至還能用於治病救人，醫院裏常用的核磁共振成像（MRI），本質上是利用氫原子核的量子自旋特性。通過施加磁場讓原子核處於特定疊加態，再通過觀測其坍縮過程形成圖像，幫助醫生精準定位病竈。

（量子衛星想象圖）

超越科學：一隻貓引發的哲學思考

而且，這些實際應用還不是最有趣的，最有趣的是，量子科學所引發的哲學思考。

1940年，物理學家惠勒提出“宇宙只有一個電子”的奇思妙想：微觀世界不存在絕對的過去、現在和未來，一個電子可以通過正向與反向的時間旅行，在不同時空點不斷出現，最終在宏觀上呈現出無數電子的假象。

（宇宙會只有一個電子嗎）

而人類的觀測行爲會影響電子的狀態，進而塑造我們所看到的世界。

這種“觀測創造現實”的觀點，啓發了“人擇原理”，“人類中心主義”等哲學概念。

更有人大膽猜測，我們所感知的每一刻現實，都可能是更高維度生物設計好的程序，而“薛定諤的貓”不過是這個宏大遊戲中的一個微小注腳，當觀測發生時，程序便按照預設的規則運行，將不確定的疊加態轉化爲確定的現實狀態。

（一切都來源於觀測者效應）

概率背後，是科學的無限可能

回到最初的問題：薛定諤的貓到底是生是死？答案或許並不重要。

因爲，如今當我們用手機掃碼支付（依賴量子加密技術）、用MRI檢查身體（依賴量子自旋原理）時，其實都在與這隻“量子貓”打交道。

它不再是物理學家論戰的工具，而是成爲了推動世界前進的“隱形引擎”。這也正是科學的魅力：一場看似“擡槓”的思想實驗，最終可能成爲改變未來的起點。

參考資料

1、中科院《時間循環、意識傳輸、平行宇宙……這些科幻作品中的設定真的存在嗎？》

2、新華網《“薛定諤的貓”:從荒誕思想實驗到量子計算基準》