你一定听过“薛定谔的猫”——那只被关在盒子里、命运未定的猫。但你知道它是怎么来的吗？从1935年诞生至今，整整90年过去，这只“量子猫”依然活跃在科学与哲学的讨论中。然而，它的诞生并非为了制造神秘，而是源于爱因斯坦与薛定谔一次思想上的共鸣。

量子力学的“哲学危机”

1935年，是量子物理史上极不平凡的一年。此时的量子力学已经取得辉煌成就：薛定谔方程揭示了微观世界的演化规律，玻尔的“哥本哈根解释”成为主流学说，认为——微观粒子没有确定状态，直到被观测时才“坍缩”为一个结果。

这听起来颇具哲学意味，却让爱因斯坦极度不安。他坚持认为：“上帝不掷骰子。”

宇宙应该有确定的因果规律，不可能因为“是否观察”而决定现实。

1935年5月，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森发表了震撼物理界的论文——EPR佯谬[1]。他们设计了一个思想实验，指出：

如果量子理论是完整的，那么两个粒子在远距离也能瞬间影响彼此 (即“鬼魅般的超距作用”)，这显然违背常识。

EPR论文的核心目的，是想证明量子力学不完备，暗示存在“隐藏变量”。

EPR论文发表后，薛定谔给爱因斯坦写信表示赞赏，并开始了一场持续几个月的思想交流。那只后来名满天下的“薛定谔的猫”，正是在这场交流中，一点一点被构思出来的。

图1：爱因斯坦与薛定谔

思想的火花

这段通信从1935年6月一直持续到12月，共十余封信。在通信中，薛定谔首次使用了一个词——“Verschränkung”，即“纠缠”。这是“量子纠缠”一词在物理学史上的第一次出现。

然而，薛定谔与爱因斯坦一样，对哥本哈根解释保持警惕。他回信说自己“早就对波函数坍缩持怀疑态度”，并补充：“我无法接受波函数在被观察时瞬间决定现实的状态。”

他们共同关心的是：如果量子叠加是真的，它是否应该扩展到宏观世界？

在随后写给薛定谔的信中，爱因斯坦提出，想象一个小球被放入两个完全相同的盒子之一。在未打开盒子前，球在第一个盒子的概率是50%。他认为，这种仅以概率描述物理对象的方式是不完整的——现实应该有确定状态，而不仅是概率。

受到小球类比的启发，1935年8月，爱因斯坦提出了一个更宏观的例子：假设有一团不稳定的火药，可能在一年内爆炸，也可能不爆炸。波函数在量子力学下会描述“未爆炸与已爆炸的混合状态”，而在现实中这是不可接受的。爱因斯坦借此指出，量子力学的波函数无法完整描述现实世界[2]。

这就是后来“薛定谔的猫”的最早形式，但此时主角是一个火药桶，而不是猫。

图2：不同版本的薛定谔的猫

薛定谔读后深受启发，在回信中写道：“你的火药桶让我想到，若把这种装置与一个生命系统连接起来，问题会更加明显。”

薛定谔的猫诞生

1935年8月下旬，薛定谔正式提出了猫的设想。他在信中写道：

假设有一只猫关在钢制盒中，与一瓶氰化氢、一只盖革计数器和少量放射性物质同在。若原子衰变，计数器触发，打碎毒药瓶，猫死；若不衰变，猫活。按量子理论，在一小时后，猫处于既死又活的叠加态——直到盒子被打开。

薛定谔称这个思想实验是“eine burleske Situation (滑稽的情境)”。他想用这个例子讽刺量子力学在宏观层面应用时的荒谬性，并非赞同“猫叠加态”。

图3：薛定谔的猫

接下来几个月，两人持续通信。他们讨论“波函数代表什么”、“实在是否独立存在”、“测量是否创造结果”。信中既有严谨的推导，也有温和的哲思。

1935年11月，薛定谔把通信中讨论的内容整理成论文《量子力学的现状》 (Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik) [3]。他写道：

这样的混合态 (指量子叠加) 若用于日常事物，结果将是荒谬的。这不是我所能接受的现实观。

薛定谔在论文中也引用了爱因斯坦关于“鬼魅般的超距作用”的说法，表明两人思想在本质上是相通的：都拒绝接受“测量决定实在”这一观念。

从藉藉无名到量子图腾

出人意料的是，“薛定谔的猫”当时并未引起巨大反响。薛定谔的论文只在少数同行中被提及，玻尔甚至没有公开回应。

直到上世纪50年代，随着“多世界诠释”和“维格纳之友悖论”的出现，这只猫才被重新召回——成为量子测量问题的标志性象征。

1957年，美国物理学家休·埃弗雷特提出了震撼性的“多世界诠释”[4]。在这种解释下，量子坍缩根本不存在——猫既死又活，但这两种状态存在于不同的宇宙分支中。当盒子被打开，观察者也随之分裂：在一个世界里看到活猫，在另一个世界里看到死猫。各个分支彼此独立、互不干扰，叠加状态得以保留。

图4：多世界中的薛定谔的猫

1961年，尤金·维格纳提出了“维格纳之友悖论”，进一步探讨观察者意识在量子测量中的作用[5]。

他设想，一个朋友先打开盒子观察猫，但不告诉任何人。对于维格纳来说，他的朋友与猫仍处于叠加状态，即同时“看到活猫”和“看到死猫”；当维格纳得知结果时，他自己也成为波函数的一部分。这一“观察者嵌套”的链条理论上可以无限延伸，从而提出了量子测量与意识之间的微妙关系。

无论是多世界的宇宙分支，还是维格纳的意识视角，都让那只90岁的“量子猫”再次成为理解量子世界本质的重要钥匙。

时至今日，薛定谔原本用来质疑量子力学的思想实验，反而成为了教授量子理论最经典的案例之一。

几十年来，物理学家在实验中成功创造出各种“薛定谔猫态” (Schrödinger cat state)，让微观粒子进入这种“亦此亦彼”的叠加状态，并对其性质进行精确测量。尽管薛定谔当年对此深表怀疑，但所有实验结果都与量子力学的预言完全一致[6]。

猫态的研究极大地推动了量子信息科学的发展。例如，在容错量子计算中，猫态可用于逻辑编码，提高量子比特的抗噪声能力；在量子通信中，猫态有助于增强量子密钥分发的安全性；在基础研究中，猫态实验帮助科学家理解微观量子系统如何与宏观经典世界衔接。

薛定谔的猫也早已突破了科学本身，成为一种全球性的文化符号。它不仅出现在教科书中，也频繁出现在文学、艺术乃至网络文化里。

图5：薛定谔的猫自拍

或许，薛定谔和爱因斯坦都没想到——那只他们用来反讽的猫，最后竟成了量子科学的代言人。

而那只盒子，仍在等待我们打开。

参考文献

^{[1]Einstein, Albert, Boris Podolsky, and Nathan Rosen. Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete?. Physical review 47.10 (1935): 777.}

^{[2]Fine, Arthur, The Einstein-Podolsky-Rosen Argument in Quantum Theory, The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Summer 2020 Edition), Edward N. Zalta (ed.)}

^{[3]Schrödinger, Erwin. Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik. Naturwissenschaften 23.50 (1935): 844-849.}

^{[4]Everett III, Hugh. "Relative state" formulation of quantum mechanics. Reviews of modern physics 29.3 (1957): 454.}

^{[5]Wigner, Eugene P. Remarks on the mind-body question. Philosophical reflections and syntheses. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 1995. 247-260.}

^{[6]Kaiser, David. "How Einstein and Schrödinger conspired to kill a cat." Nautilus 041 (2016).}