薛定谔的猫

薛定谔的猫可以说是“大名鼎鼎”，被誉为物理学“四大神兽”之一。很多人都听过这个思想实验，但是很少有人理解这个实验真正的含义，以及为什么这个实验会导致一只猫咪陷入“又生又死”这样奇特的状态中。

“薛定谔的猫”是由奥地利物理学家薛定谔于1935年提出的有关猫生死叠加的思想实验，是把微观领域的量子行为扩展到宏观世界的推演。认为微观物质有不同的存在形式，即粒子和波。通常，微观物质以波的叠加混沌态存在；一旦观测后，微观物质立刻选择成为粒子。实验假设在一个盒子里有一只猫，以及少量放射性物质。之后，有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫，同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。

其实薛定谔提出这个思想实验，并不是想证明什么，只是想向世人展示量子力学的“不完备性”，用一只小小的猫咪把宏观和微观结合在一起，指出了当时物理理论的不完善。

根据经典物理学，在盒子里必将发生这两个结果之一，而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果。在量子的世界里，当盒子处于关闭状态，整个系统则一直保持不确定性的波态，即猫生死叠加。猫到底是死是活必须在盒子打开后，外部观测者观测时，物质以粒子形式表现后才能确定。这项实验旨在论证量子力学对微观粒子世界超乎常理的认识和理解，可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理，客观规律不以人的意志为转移，猫既活又死违背了逻辑思维。

实际上，所有的波都是由粒子传递。在这一点上，电磁波和机械波没有本质区别。唯一的区别在于两者的传播介质不同，电磁波是由场态粒子传递的，而机械波主要由显态粒子传递的。电磁波和机械波都是粒子间相互作用诱导震荡传递的，都只传递能量不传递物质，两者没有任何本质区别。

机械波的作用机理已经没有任何争议了。随着量子场论的不断发展，粒子形成场以及场态粒子传递电磁波的观点将不断深入人心。

实际上，宏观物质是由若干微观粒子构成，不要把微观粒子神秘化。无论你采用任何方法记录微观粒子的运动轨迹，都可以发现所有微观粒子的运动与宏观物质没有任何本质区别。完全可以用经典力学描述，比如直线运动，回旋，碰撞等进行描述。威尔逊云室中的任何粒子并不比漂浮在空气中的尘埃运动轨迹复杂。威尔逊云室表明无论你观测与否，电子都是个粒子，电子的运动轨迹也不是波动的，是完全符合宏观物质的运动规律。

微观粒子没有什么特别，更没有什么所谓的波粒叠加态。单个粒子都不是波动的，电场和磁场中的粒子都能提前预测其速度、位置和轨迹，威尔逊云室记录的粒子轨迹都符合宏观物质的运动规律。电场中的粒子、磁场中的粒子和威尔逊云室中的粒子并没有任何一次走出轨道之外。并且微观粒子的基本方法还是基于“碰撞”，关于粒子的碰撞依然使用经典力学，即动量和能量守恒。

那么什么时候才有波？只有多粒子系统才能有波，波是粒子间相互作用诱导震荡而形成此起彼伏的只传递能量的波。

所谓的波粒叠加，实际上是不能同时既看宏观又看微观。微观上，我们只能观测粒子的性质、运动与相互作用；然而宏观上，只能观测此起彼伏的波。

但宏观观测波与微观观测粒并不是对立的，科学研究不能以偏概全，整体与局域分析的统一也是必然。在观测局域或微观时只能看到一个个振动的粒子，无法看到此起彼伏的波；而观测整体或宏观，只能看到此起彼伏的波，很难注意到一个个振动的粒子。实际上波粒二象性就是整体和局域既互斥又互补，宏观与微观既互斥又互补；因为无法同时看到局域和整体，也无法同时把控宏观与微观，而全局和局部却能相互补遗，宏观与微观整合才能即了解机理，又能把控机制。

薛定谔同时既生又死的猫已经将量子力学神话，但也让人深入思考量子力学的本质。薛定谔的猫仅仅是反映量子在局域或微观表现为振动的粒子，在整体或宏观表现为传递能量的波。根本就没有任何各种状态的叠加，所谓叠加态与抛硬币正反叠加、掷色子点数叠加、打靶子环数叠加没有任何区别。在不观测的时候，抛硬币正反叠加、掷色子点数叠加、打靶子环数叠加的状态都不确定，一旦观测后，抛硬币正反叠加态塌缩成正或反，掷色子点数叠加态塌缩成1-6的其中一个点数，打靶子环数叠加态塌缩成0-10的环数。无论你观测与否，活猫与死猫的概率在无限多次后均为50%。一旦观测后，单次活猫的概率只有1或0，死猫的概率也是只有1或0。无论观测与否都没有所谓的生死叠加。

量子力学就是一门关于连接整体与布局，连接宏观与微观的概率论。量子力学从微观上解决各类粒子相互作用与传递机理，在宏观上解决场的形成与波的传递机制。最终解决宏观与微观、整体与局域的全面畅通，全面解决理论到实际应用的飞跃。

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