薛定谔的猫

Schrödinger's Cat — 1935

STEELED CHAMBER |alive⟩ superposition |dead⟩ Ra α-particle Geiger HCN hammer P(alive) = 50% P(dead) = 50% 1 hour |ψ⟩ = (1/√2)|alive⟩ + (1/√2)|dead⟩ ? radioactive atom (½ decay)

实验设计

1935年，埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger）提出了这个著名的思想实验，用以揭示将量子叠加原理直接推广到宏观物体时所导致的荒谬结论。

一只猫被关在密封的钢制箱子中。箱内有一个极微量的 放射性物质，其数量被精确控制使得在一个小时内恰好有50%的概率发生一次原子衰变，也有50%的概率不发生衰变。

如果原子衰变，衰变粒子会被盖革计数器探测到，计数器随即触发一个继电器，释放一把锤子，打碎一瓶氢氰酸（HCN），猫被毒死。如果原子没有衰变，猫安然无恙。

量子叠加

|ψ⟩ = (1/√2) |alive⟩ + (1/√2) |dead⟩

根据哥本哈根诠释，在原子处于"已衰变"和"未衰变"的叠加态时，与之耦合的整个宏观系统——包括猫——也同时处于"活着"和"死去"的叠加态。只有在观察者打开箱子进行测量时，波函数才会坍缩为一个确定的本征态。

薛定谔设计这个实验的初衷并非认为猫真的可能"半死不活"，而是为了说明哥本哈根诠释在概念上的不自洽。他写道：

"这只猫被想象为既活又死，而不是要么活着要么死去。"——埃尔温·薛定谔，1935

后续影响

这一思想实验引发了关于量子测量问题、退相干理论、多世界诠释等深刻讨论，至今仍是量子力学基础教学中最经典的案例之一。它迫使我们思考：量子世界与经典世界之间的边界究竟在哪里？"观察"的本质是什么？

Erwin Schrödinger · 1935 · "Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik"