解读诡异的量子力学, 如何理解薛定谔的猫和电子双缝干涉实验?

在科学的殿堂里，“薛定谔的猫”以其奇异而引人入胜的情境成为量子力学领域的标志性思维实验。虽然初衷是为了讽刺哥本哈根学派对量子力学的“叠加态”解释，它却意外地成为最广为人知的量子力学故事之一。而双缝干涉实验的“恐怖”之处，在于揭示了微观粒子同时具备波动性和粒子性的双重本质。实验结果甚至暗示，在我们进行观察时，粒子状态可以发生改变，制造出一种仿佛逆转时空的错觉。

让我们来剖析一下薛定谔的猫的含义。

实验，作为科学研究的一种手段，无不烙印着时代的印记与人文的烙痕，科学实验自然不例外。

“薛定谔的猫”这一思维实验诞生于爱因斯坦的“决定论”与尼尔斯·玻尔的“概率论”激烈争论的最后一幕。此时，爱因斯坦已长眠地下，但薛定谔这位爱因斯坦昔日的得力干将，化悲痛为力量，提出了这个巧妙的设想，以示对概率论的不满。

他为何不满？

因为薛定谔本人以及爱因斯坦对量子力学的概率解释均深感难以认同。

试想，爱因斯坦创造了“光子”这一概念，却由玻尔给出了一套模棱两可的概率理论，而且众人纷纷赞同，这无疑让爱因斯坦心生苦涩。

再思，薛定谔发明了“波函数”，然而玻恩对波函数的概率解读，让他同样难以接受，而后者因此获得了诺贝尔奖，这让薛定谔心生怨愤。

他们创造了理论与概念，他人仅凭一个解释便声名鹊起，备受追捧。苦功尽是他们所为，而名利却尽入他人之手，这自然引起了他们的愤怒。

这里我们可以看出，在物理学界，物理概念的深度理解要胜过数学公式的应用。

回到争论的焦点，爱因斯坦与薛定谔等人反对的核心在于，如果微观粒子的运动是遵循概率的，那宏观世界的物体难道也应如此？比如看月亮时它存在，不看时它就不存在？这正是对“波函数坍缩”解释的质疑。

但玻尔反驳说，讨论的是微观粒子，用月亮作比，并不合适。

于是，薛定谔设计了一个实验，将微观世界的特性引入到宏观世界中。简言之，即利用放射性元素衰变的特性来决定一只猫的生死。元素衰变触发毒气机关，猫即死亡；不衰变，则猫生还。

量子力学的概率论认为，元素衰变在未经检测前，同时存在衰变与未衰变的叠加态。

但这种叠加态与我们常识中的已衰变或未衰变是两码事。叠加态的精髓在于同时性。若以此推论，那这只猫应处于生死叠加的特殊状态。

然而，这个实验在现实中并不成立，因为它建立在错误的前提之上。所谓的测量，并非指用肉眼见证，而是指宏观物体对微观粒子状态的判断。实验中的毒气机关实际上就能判定元素是否衰变，因此不存在所谓的“生死叠加的猫”。

尽管如此，对于普罗大众而言，这只“薛定谔的猫”早已超越了科学实验的范畴，它所传达的量子力学反直觉概念，为量子力学赢得了广泛的关注。科普价值远超其科学价值，对量子力学的推广起到了巨大的促进作用。

此外，除了“哥本哈根学派”，尚无人能对量子运动状态提供更好的解读。

让我们再转向双缝干涉实验。

最早的杨氏双缝实验仅证实了光的波动性。

然而，在原实验的基础上，科学家们做了无数改良，实验变得越来越复杂，结果也越来越令人困惑，甚至令人感到恐怖。

单电子双缝干涉实验首次揭示了粒子的波粒二象性，并否定了之前的一个误解：即多个粒子展现波动性，单个粒子展现粒子性。

随后的延迟选择实验和擦除实验，本质上证明了单个粒子的状态会随着测量而变化，选择性地表现出粒子性或波动性。也就是说，我们一次只能测量粒子的一种状态。

并且证明，在测量过程中，除非形成最终判定，否则粒子的所有可能路径都不存在，只能用概率波来描述。这里的概率波与我们通常理解的波动性不同，它是一个纯粹的数学概念，也就是说，在粒子未被测量前，可以认为它不存在。

许多人对双缝干涉感到不安，是因为他们将观测与人类意识联系在一起，误以为是意识决定了粒子的运动状态，但事实并非如此。

当然，以上所有结论可能令许多人难以接受，因为它们完全悖离了我们对经典世界的认知。

在目前科学的视野中，除了高维理论，没有任何理论能够解释这样的实验结果。所以，“哥本哈根学派”对量子力学的正统解释，仅仅是对实验结果的语言描绘。对于量子的运动状态，我们目前仍只能应用，尚未找到被广泛接受的科学原理。

正如量子力学领军者玻尔所言，若有人对量子没有疑问，那他并未真正理解量子力学。