物理学界的两派

故事要从1935年说起。那时候，物理学界分成两派。一派是以玻尔为首的哥本哈根学派，他们年轻、激进，主张“不确定性”是世界的本质；另一派是以爱因斯坦和薛定谔为首的，他们坚信上帝不掷骰子，世界应该是客观确定的。

玻尔那帮人有个核心观点：在微观世界里，一个粒子（比如电子）在没有被观测的时候，它不处于任何确定的位置，而是同时处于所有可能位置的“叠加态”。只有当你去看它一眼，它才会“坍缩”成一个确定的点。

爱因斯坦对此嗤之以鼻。他在给薛定谔的信里大概表达了这么个意思：这也太扯了，难道我不看月亮，月亮就不在那儿吗？

薛定谔深以为然。为了把玻尔那套理论的荒谬性放大到极致，他在一篇论文里设计了一个思想实验。

残忍的盒子

薛定谔在纸上画了一个钢制的盒子。

他在盒子里放了这么几样东西：

一只猫。

少量放射性物质。这东西非常少，少到在一小时内，有一个原子发生衰变的概率是50%，不衰变的概率也是50%。

一个盖革计数器（用来探测辐射）。

一套连动装置：如果计数器探测到原子衰变，就会驱动一个小锤子，打破一个装满氢氰酸（剧毒）的烧瓶。

逻辑链条很简单： 原子衰变 -> 计数器响 -> 锤子落 -> 毒气出 -> 猫死。 原子不衰变 -> 计数器安静 -> 烧瓶完好 -> 猫活。

薛定谔关上盒子，问了玻尔一个问题：现在，过了一个小时，盒子里的猫是什么状态？

按照常理，我们虽然看不见，但猫要么是活的，要么是死的。这取决于那个原子刚才到底炸没炸。

但薛定谔看着玻尔，等着他说出那句荒谬的台词。

根据哥本哈根诠释，那个放射性原子在没有被观测之前，处于“衰变”和“不衰变”的叠加态。既然原子的状态决定了猫的命运，那么在盒子打开之前，这只猫也就必须处于“死”和“活”的叠加态。

它既是死的，又是活的。

这就是薛定谔的本意。他不是在炫耀量子力学有多酷，他是在指着这个结论大笑：“看！一只既死又活的猫！这在宏观世界里根本不可能！所以你们的理论肯定哪里有问题！”

薛定谔本来以为这个“归谬法”能把玻尔噎死。

结果玻尔并没有被噎住。相反，哥本哈根学派的人耸耸肩，淡定地表示：对啊，没错，就是这样。

在他们看来，微观的叠加态确实可以传递到宏观物体上。只要没有发生“观测”，那个系统就一直悬在半空中。猫确实处于一种幽灵般的混合状态。

这场争论并没有因为薛定谔的讽刺而结束，反而把水搅得更浑了。因为人们突然发现，物理学遇到大麻烦了：我们不知道“观测”到底是什么。

是人的眼睛算观测？还是摄像机算观测？如果空气分子撞到了猫，算不算观测？

为了解决这个问题，后来的物理学家们被迫把脑洞开得越来越大，甚至大到了有些疯癫的程度。

数学天才冯·诺依曼插了一脚。他把这个问题推向了更诡异的深渊。

如果说，只有“观测”才能让波函数坍缩，让猫变成死或者活的确定状态，那这个观测者必须独立于系统之外。

好，现在假设我打开盒子看了一眼。对于我来说，猫坍缩了。

但是，对于站在实验室门外的你来说，如果你不知道结果，那么“我+盒子+猫”是不是就组成了一个更大的叠加态系统？在你的眼里，我处于“看到活猫的高兴状态”和“看到死猫的悲伤状态”的叠加之中。

直到你走进实验室问我结果，我才坍缩。

那如果实验室外面还有个外星人在观察地球呢？

冯・诺依曼的思考引发了后续更深刻的争议，其中最著名的就是‘维格纳的朋友’悖论。只要没有一个最终观测者，整个宇宙似乎都可以无限叠加下去。最后大家不得不面对一个极其唯心的结论：难道是人类的意识创造了现实？

这个推论太神棍了，搞得物理学家们非常不舒服。他们是研究物质的，不是研究灵魂的。

多世界

既然“坍缩”这个概念这么让人头大，那就干脆不要它了。

1957年，一个叫休·埃弗雷特的博士生提出了一个惊世骇俗的想法。他说，那个原子既衰变了，也没衰变。

当那个原子面临选择时，宇宙分裂了。

在一个宇宙里，原子衰变了，猫死了，你打开盒子看到了一具尸体。 在另一个宇宙里，原子没衰变，猫活着，你打开盒子被猫挠了一爪子。

这两个宇宙同时存在，只是互不干扰。这就是“多世界诠释”。

按照这个理论，并不存在什么叠加态的猫，而是有两只猫，分别活在两个平行的世界里。而作为观测者的你，也在那一瞬间分裂成了两个。

这个理论完美地消灭了“观测者”的特殊地位，也消灭了让人头疼的“坍缩”。但代价是，宇宙的数量变得无穷无尽。你每眨一下眼，每做一个决定，甚至你身上的每一个电子发生一次量子跃迁，宇宙都在疯狂分裂。

当时的主流物理学界觉得埃弗雷特大概是喝多了。他这一套理论被冷落了几十年，直到后来才被重新挖掘出来，成为某些科幻作品的最爱。

退相干

折腾了半个多世纪，物理学家们终于找到了一个不需要引入上帝，也不需要分裂宇宙，就能把猫救出来的解释。

这个概念叫“量子退相干”。

它的核心观点是：薛定谔的猫根本不可能存在，不是因为理论错了，而是因为只要你在这个宇宙里，就不可能做到绝对的“隔离”。

在那只钢盒子里，虽然我们看不见，但那里充满了空气分子，充满了盒壁辐射出的热光子。

这些微小的粒子每时每刻都在像暴雨一样撞击着那只猫。

每一个光子撞击到猫身上，都相当于一次微小的“观测”。也就是在这个瞬间，量子系统与环境发生了纠缠，信息泄露了出去。

不用等人去打开盒子，早在原子衰变后的亿万分之一秒内，环境已经“看”到了结果。大自然无处不在的触手已经替我们完成了观测。猫的叠加态瞬间就因为这种环境干扰而‘退相干’，表现为确定的死或活状态”

所以，现实生活中抓不到薛定谔的猫，是因为我们造不出一个绝对孤立、绝对真空、绝对没有任何外界干扰的盒子。

这只猫的另一个形态

现在，我们回过头来看。

薛定谔当初提出这个实验，是想证明量子力学在宏观层面的荒谬。他想划清微观和宏观的界限。

但今天的物理学告诉我们，那个界限其实并不存在。

并没有一条红线，说这边是量子世界，那边是经典世界。宏观世界只是微观粒子在无数次相互作用、相互纠缠、相互抵消之后的统计结果。

如果你真的能造出一个绝对完美的屏蔽盒，把所有的干扰都隔绝在外，把温度降到绝对零度附近，你确实可以制造出一只宏观的“薛定谔猫”。

事实上，人类已经在做了。

现在的量子计算机，里面的“量子比特”就是那只猫。工程师们费尽心机，把超导电路或者离子囚禁在真空中，让它们处于0和1的叠加态。

只要有一丁点热量，一丁点震动，或者外界的一个杂散光子飞进来，这个脆弱的叠加态就会崩塌——这就叫“计算出错”。

人类为了维持这种“既死又活”的状态，付出了巨大的代价。

薛定谔要是活到现在，看到人们花几十亿美元去制造他当年用来嘲讽的那种状态，不知道会作何感想。