很明顯，是科學家埃爾溫·薛定諤對貓做的一種實驗，但這並不是我們常人所能理解的那樣簡單的實驗，它是一種需要想象力去做的實驗，也就是說我們現實中無法做到的一種實驗，我們稱這種奇異的實驗為思想實驗（thought experiment）。本文所描述的薛定諤貓就是一種經典的思想實驗。

薛定諤的貓是一個思想實驗（thought experiment），有時被描述為悖論（Paradox），由奧地利物理學家埃爾溫·薛定諤（Erwin Schrödinger）於1935年設計。這說明了他所看到的量子力學在日常事物中的哥本哈根詮釋（Copenhagen interpretation）問題。 這個實驗場景呈現出一隻可能同時存活和死亡的貓，這種狀態被稱為態疊加原理（Quantum superposition），這是由於與可能發生或可能不發生的隨機亞原子事件聯繫在一起的結果。 思想實驗也經常出現在量子力學詮釋（Interpretations of quantum mechanics）的理論討論中。 薛定諤在開發思想實驗的過程中也創造了Verschränkung（量子糾纏）一詞。

在一個著名的例子中，薛定諤貓 (1935)，是一隻或死或活的貓，而這隻貓到底是死是活則決定於較早的一次隨機事件。這個由常見物品構成的思想實驗相對通俗地具體化了哥本哈根詮釋中的問題。圖：Dhatfield

起源與動機

薛定諤打算通過他的思想實驗來討論EPR的文章（愛因斯坦-波多爾斯基-羅森佯謬），這篇文章以作者愛因斯坦、波多爾斯基和羅森的名字命名。EPR的文章強調了量子疊加的奇異性質，其中諸如原子或光子之類的量子系統可以作為對應於不同可能結果的多個狀態的組合而存在。這是一種被廣泛接受的理論，被稱為哥本哈根詮釋，該理論指出量子系統需要保持疊加狀態，直到它與外部世界相互作用或被外部世界所觀察到為止。當這種情況發生時，疊加會塌縮成某種可能的確定狀態。 EPR實驗表明，具有多個遠距離分離的粒子的系統可能處於這樣的疊加狀態。

薛定諤和愛因斯坦交換了有關愛因斯坦的EPR文章的信件，在這篇文章中，愛因斯坦指出，不穩定的火藥桶的狀態將在一段時間後包含爆炸狀態和未爆炸狀態的疊加。為了進一步說明，薛定諤描述了原則上如何通過使其依賴於疊加的量子粒子來在大規模系統中創建疊加。他提出了一個方案，在一個鎖定的鋼室中有一隻貓，其中貓的生存或死亡取決於放射性原子的狀態，無論它是否已經衰變和發射輻射。根據薛定諤的說法，哥本哈根詮釋意味著貓在被觀察到的狀態下仍然是活的和死的。薛定諤並不希望將貓的死亡和存活作為一種嚴重的可能性，相反，他打算通過這個例子來說明量子力學現有觀點的荒謬性。然而，自從薛定諤時代以來，物理學家對量子力學的數學提出了其他的解釋，其中一些物理學家認為“活貓和死貓”的疊加是相當真實的。作為對哥本哈根詮釋的批判，薛定諤的貓思想實驗仍然是現代量子力學解釋的一個決定性試金石。物理學家經常使用每種解釋處理薛定諤貓的方式，作為說明和比較每種解釋的特定特徵、優點和缺點的方法。

思想實驗

薛定諤寫道：

人們甚至可以設置非常荒謬的實驗。 將一隻貓與下列裝置（必須防止貓的直接干擾）一起放入鋼室中：在蓋革計數器（用於測量放射性）中，有一小部分放射性物質，很小的，以至於可能在一小時內會有其中一個原子發生衰變現象，但同樣可能的是，可能也沒有發生衰變； 如果發生這種情況，計數器管就會放電，並通過繼電器擊中帶有錘子的開關，打破氫氰酸小燒瓶。 如果一個人將整個系統留給自己一個小時，就可以說，如果沒有原子衰變，貓仍然活著， 如果原子衰變，貓就中毒死亡。 整個系統的波函數可以通過將活貓和死貓（原諒這個表達）混合或塗抹成等份來表達這一點。

這些情況的典型特徵是最初限於原子域的不確定性轉變為宏觀不確定性，然後可以通過直接觀察來解決。 這使我們不能天真地接受一種代表現實的“模糊模型”。它本身並不包含任何不明確或矛盾的東西。在搖晃或離焦照片和雲霧片的快照之間存在差異。

根據多世界理論，每一個事件都是分支點。不論盒子是封閉的還是敞開的，貓是活的，也是死的，但是，活貓與死貓是處於宇宙的不同分支，這些分支都同樣的真實，但是彼此之間不能相互作用。圖：Christian Schirm

薛定諤著名的思想實驗提出了一個問題，“量子系統何時停止作為狀態疊加而成為一個或另一個？” （從技術上講，實際的量子態何時停止為狀態的非平凡線性組合，每個狀態都類似於不同的經典狀態，而是開始具有獨特的經典描述？）。如果貓存活下來，它會記得只有活著。但是，與標準微觀量子力學相一致的EPR實驗的解釋要求諸如貓和筆記本之類的宏觀物體並不總是具有獨特的經典描述。思想實驗說明了這種明顯的悖論。我們的直覺告訴我們，沒有觀察者可以處於混合狀態，然而貓，從思想實驗看來，可以處於這種混合狀態。貓是否需要成為觀察者，或者它是否存在於一個明確定義的經典狀態中需要另一個外部觀察者？ 對愛因斯坦來說，每一個選擇似乎都是荒謬的，因為思維實驗的能力給這些問題帶來了深刻的印象。在寫給薛定諤1950年的一封信中，他寫道：除了勞厄（1879-1960，德國物理學家，曾獲1914年諾貝爾物理學獎）之外，你是唯一一位當代物理學家，他們中的大多數人根本看不出他們在玩什麼冒險的遊戲——現實是獨立於實驗建立的東西。 然而，他們的解釋被你們的放射性原子+放大器+火藥電荷+盒子裡的貓系統最優雅地駁斥了，在這個盒子裡，系統的波函數既包含活著的貓，也包含被炸成碎片的貓。沒有人真的懷疑貓的存在與否是獨立於觀察的行為。

請注意，薛定諤的裝置中沒有提到火藥的裝藥，它使用蓋格計數器作為放大器以及使用氫氰藥物來代替火藥。15年前，愛因斯坦在給薛定諤的最初建議中已經提到了火藥，愛因斯坦把它帶到了今天的討論中。

生活在蘇黎世哈滕斯特拉斯 9號花園中的貓咪體型，埃爾溫·薛定諤在1921-1926年居住這裡。 根據光照條件，貓要麼活著，要麼死去了。圖：Koogid

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