来源：图灵教育

作者：冷酸灵女士

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1

尽管猫主子就是你的一切，但要说它能带你理解量子力学，你恐怕一时难以接受。

但是仔细想想你就能发现：“猫，是最具有量子属性的一种宏观世界的生物。”

举个例子。

你每天下班回家，你将有可能面对两种有天壤之别的场景——

有些时候，你的猫乖巧地在门口等你，蹭蹭你的腿，你简直愿意把全部工资上缴给主子买粮食买玩具。

但另一些时候，迎接你的是烂掉的耳机线、摔碎的玻璃杯、爆出棉花的沙发一角，以及你恨不得一脚踹飞的猫。

它还一脸“不怪我是它们先动手”的无辜表情。

而整件事最微妙的一点在于，在你每次打开家门的瞬间之前，你都无法确知，今天你的猫是天使还是魔鬼。

如果用量子世界的语言来说，那么你家的猫在你开门之前，处于天使与魔鬼的叠加态。

你想到了什么？

 

2

薛定谔的那只既活又死的猫，也是如此。

在封闭不透明的盒子里放一只猫，再放入一个放射性原子。盒子里还有一个检测原子衰变的装置，与毒气释放装置相连。

这个原子有衰变的几率，如果衰变就会触发检测装置，进而触发毒气装置释放毒气，猫就被毒死；如果原子不衰变，猫就继续活着。

这个略显残酷的思想实验，其实是薛定谔对量子力学中哥本哈根学派的反击。双方的 battle 是这样的——薛定谔创建了波动方程，能够严谨而自恰地解释微观粒子系统，著名的薛定谔方程在量子物理中的地位，如同宏观物理中的经典力学牛顿三大定理一样重要。

薛定谔认为，波函数是空间分布函数，微观粒子就像波一样，在空间中按照波函数的规律排列。

哥本哈根学派的代表人波恩却不这么看。他将波函数视为随机的概率，它代表的不是微观粒子的具体位置，而是在某个位置出现的概率，这些概率形成的概率波按照波函数发展。

可是，物理学的终极意义就是找到解释世界的规律，怎么能容忍掷骰子一般的随机概率？

薛定谔对“哥本哈根诠释”很不满，于是要用薛定谔的猫来证明这种诠释的荒谬性：你们不是说原子的衰变是随机的，原子处于既衰变又不衰变的状态吗？那就会有一只既活又死的猫咯？这怎么可能！猫的状态肯定是要么活，要么死，并且在我们打开盒子之前就被决定好了。

而对此，“哥本哈根诠释”如是说：“在被观测之前，量子的属性处于不确定状态，即所有属性的可能性的叠加态；而在对量子进行观测的瞬间，量子的叠加态塌缩为一种结果，即变为固定态。”

“哥本哈根诠释”如今已是量子物理学界的主流，也是大学教育中最常用的诠释。

你家的猫比你更理解这种诠释，要当天使还是魔鬼完全随机，主要看心情。

上帝和你家的猫，可能都会掷骰子。

 

3

难道就没有一个办法，能让你养的猫永远保持在天使的状态，永远可可爱爱吗？

宏观世界里恐怕是没有什么招儿了，我们或许可以从量子世界的芝诺效应找找灵感。

我们都知道经典的芝诺悖论：一支飞行中的箭在任意时刻，都在空中某个固定的位置静止，因此“飞行”这一运动过程成了所有静止瞬间的集合。

量子芝诺效应则是科学研究表明：当观测者用足够高的频率观测微观粒子，它就不会衰变而始终保持其初始状态。

所以，你也可以做这样的尝试：当你打开家门，发现你的猫今天乖巧可爱，那你接下来就什么也别干了，开始频繁地开门关门，一秒钟也不要停！这样持续观察，你的猫就持续可爱了——

先别急着去尝试！

必须要提醒你，量子世界还有反芝诺效应。也就是说，如果观测速率过高，反而会加速微观粒子的衰变。

这在宏观世界就更好理解了：如果你没把握好节奏，过于频繁地开关门，挑逗你家主子，它可能就要原地炸毛了。

好了，理论已经齐备，快去实践吧。养猫的读者走好不送……

而留下继续往下看文章的猫奴，恭喜你们尚存理智。

如果你真的去试了，在邻居报警之前，你的猫就会因为嫌弃你过于沙雕而离家出走了。

这也提醒了我们一个基本道理：量子世界和宏观世界遵循不一样的规律。想给两个世界寻找一个统一的世界观和方法论，还面临着很大的困难。（不过前沿物理学家们目前还没有放弃找寻大统一理论的努力，甚至可以说这是他们的终极目标。）

宏观世界的运行法则到了量子级别的微观世界会失效，因此才会产生许多在我们看来不可思议的事情：

比如，原子粒子可以同时出现在两个地方；（比如粒子位置可以处于叠加态|1>+|2>，即这个粒子既在位置1又在位置2，既不在位置1又不在位置2）。

比如海森堡不确定性原理：一个微观粒子的两个物理量（如位置和动量、方位角与动量矩、时间和能量等）不可能同时具有确定的数值，其中一个量越确定，另一个量就越不确定。

再比如，把两个处于纠缠状态的粒子分开无论多远，对其中一个粒子做什么的时候，另一个也可以同时感应到……

而反过来，在微观世界中能够保持的量子特性，转换到宏观世界后就会消失。这种现象叫作退相干。目前退相干的过程还没有被研究清楚，这也是现今量子计算机面临的主要挑战：保护敏感的量子状态不受退相干影响。

所以现实就是这样残酷：虽然你现在对量子世界多懂了一些，但你仍然找不到降服你的猫的方法。

猫奴们，放弃妄想吧。猫其实是游离于宏观世界与微观世界之外的通灵神物，你主子永远是你主子。

 

4

什么？你还不死心？

那你可能更愿意相信量子学派中的“多世界诠释”。

由埃弗里特率先提出的“多世界诠释”，与前面提到的“哥本哈根诠释”完全相反。他是薛定谔方程的拥趸，认同波函数是实体，量子的运动都可以由薛定谔方程描述。

埃弗里特把待观测的量子系统与观测仪器视作整体，量子测量的过程就是系统与仪器之间的相互作用。在进行测量时，这种相互作用并不会发生塌缩，而是使波函数分裂成不同的项，在每一个项中，观测者只能看到与自己观测结果一致的世界，而对与其观测结果不同的世界无从得知。

如今，我们已经从无数的文学影视作品中看过这个概念：平行世界。

具体来说就是：每次你打开家门的瞬间，你的家就分裂成两个，你的猫也分裂成两只——

高兴不？一下子多了一只猫？

没什么可高兴的，因为你也分裂成了两个你。其中一个你看到天使态的猫，另一个你遭遇魔鬼态的猫。

而这种分裂会持续下去，你的每一次选择都会分裂出新的世界，于是无限种可能性同时存在：你和猫从此过上幸福的生活；猫咬了你而它刚好携带狂犬病毒；或者你们身处一个被猫统治的世界，你其实是猫的宠物……细思恐极。

是不是更要珍惜你现在的猫主子了？

 

5

即使平行世界真的存在，凡人也不敢随意穿行，毕竟太过疯狂，又有太多未知的境遇。

有没有什么穿越时空的方法，既保证安全，又能满足好奇心？

还是需要一只猫来带领你。

这只猫会突然出现在你家房间，带你进行量子隧穿，在量子世界亲身感受叠加态，还能把量子仙女引荐给你——

这一切，都会发生在《邀你共进量子早餐》这本书中，如同一场量子物理版“爱丽丝漫游仙境”。

除了漫游量子世界，你还可以跟随作者去和牛顿爱因斯坦吃一顿量子早餐，围观量子学派的领头人华山论剑，通过轻松的方式学习各种量子物理的基础知识。

这趟奇幻的量子旅程，会和吸猫一样有趣。我们就此展开这样的旅程吧！

☟

 

用有趣的方式了解抽象的量子世界基本概念

《邀你共进量子早餐》

作者：索尼娅·费尔南德斯·比达尔，弗兰塞斯克·米拉列斯

译者：王晋炜

本书打破了时间与空间的束缚，以生动有趣的语言讲述了量子力学的基本概念以及量子力学发展史。读者将同主人公一起，跟随量子仙女的脚步造访薛定谔的猫的故乡，与量子学派的代表人物共进早餐，并光临欧洲核子研究组织了解关于量子技术的新研究，切身体会与日常生活息息相关的量子物理的奇妙之处。

读者这样说：

@读者A君：“我对量子世界很感兴趣，但我害怕那些纯理论的内容。这本书是一个很好的起点，书中生动的情节会帮助你了解这一最令人好奇的理论。我真的很喜欢作者传播这些知识的方式。这真是一本非常令人愉阅的书。在真正迈入激动人心的量子物理世界之前，我将首先用这本书来解决相关的概念。”

@读者B君：“这真是一本有趣的书，可帮助人们了解抽象的概念，并让我们审视所习惯的宏观世界思维。它清晰简单，就像阅读《爱丽丝梦游仙境》一样，在故事中解释了我们不熟知的概念。”

@读者C君：“这是进入粒子物理世界的好方法，一点一点地，阅读也变得轻松愉快。”