來源：圖靈教育

作者：冷酸靈女士

盡管貓主子就是你的一切，但要說它能帶你理解量子力學，你恐怕一時難以接受。

但是仔細想想你就能發現：“貓，是最具有量子屬性的一種宏觀世界的生物。”

舉個例子。

你每天下班回家，你将有可能面對兩種有天壤之别的場景——

有些時候，你的貓乖巧地在門口等你，蹭蹭你的腿，你簡直願意把全部工資上繳給主子買糧食買玩具。

但另一些時候，迎接你的是爛掉的耳機線、摔碎的玻璃杯、爆出棉花的沙發一角，以及你恨不得一腳踹飛的貓。

它還一臉“不怪我是它們先動手”的無辜表情。

而整件事最微妙的一點在于，在你每次打開家門的瞬間之前，你都無法确知，今天你的貓是天使還是魔鬼。

如果用量子世界的語言來說，那麼你家的貓在你開門之前，處于天使與魔鬼的疊加态。

你想到了什麼？

薛定谔的那隻既活又死的貓，也是如此。

在封閉不透明的盒子裡放一隻貓，再放入一個放射性原子。盒子裡還有一個檢測原子衰變的裝置，與毒氣釋放裝置相連。

這個原子有衰變的幾率，如果衰變就會觸發檢測裝置，進而觸發毒氣裝置釋放毒氣，貓就被毒死；如果原子不衰變，貓就繼續活着。

這個略顯殘酷的思想實驗，其實是薛定谔對量子力學中哥本哈根學派的反擊。雙方的 battle 是這樣的——薛定谔創建了波動方程，能夠嚴謹而自恰地解釋微觀粒子系統，著名的薛定谔方程在量子物理中的地位，如同宏觀物理中的經典力學牛頓三大定理一樣重要。

薛定谔認為，波函數是空間分布函數，微觀粒子就像波一樣，在空間中按照波函數的規律排列。

哥本哈根學派的代表人波恩卻不這麼看。他将波函數視為随機的概率，它代表的不是微觀粒子的具體位置，而是在某個位置出現的概率，這些概率形成的概率波按照波函數發展。

可是，物理學的終極意義就是找到解釋世界的規律，怎麼能容忍擲骰子一般的随機概率？

薛定谔對“哥本哈根诠釋”很不滿，于是要用薛定谔的貓來證明這種诠釋的荒謬性：你們不是說原子的衰變是随機的，原子處于既衰變又不衰變的狀态嗎？那就會有一隻既活又死的貓咯？這怎麼可能！貓的狀态肯定是要麼活，要麼死，并且在我們打開盒子之前就被決定好了。

而對此，“哥本哈根诠釋”如是說：“在被觀測之前，量子的屬性處于不确定狀态，即所有屬性的可能性的疊加态；而在對量子進行觀測的瞬間，量子的疊加态塌縮為一種結果，即變為固定态。”

“哥本哈根诠釋”如今已是量子物理學界的主流，也是大學教育中最常用的诠釋。

你家的貓比你更理解這種诠釋，要當天使還是魔鬼完全随機，主要看心情。

上帝和你家的貓，可能都會擲骰子。

難道就沒有一個辦法，能讓你養的貓永遠保持在天使的狀态，永遠可可愛愛嗎？

宏觀世界裡恐怕是沒有什麼招兒了，我們或許可以從量子世界的芝諾效應找找靈感。

我們都知道經典的芝諾悖論：一支飛行中的箭在任意時刻，都在空中某個固定的位置靜止，因此“飛行”這一運動過程成了所有靜止瞬間的集合。

量子芝諾效應則是科學研究表明：當觀測者用足夠高的頻率觀測微觀粒子，它就不會衰變而始終保持其初始狀态。

所以，你也可以做這樣的嘗試：當你打開家門，發現你的貓今天乖巧可愛，那你接下來就什麼也别幹了，開始頻繁地開門關門，一秒鐘也不要停！這樣持續觀察，你的貓就持續可愛了——

先别急着去嘗試！

必須要提醒你，量子世界還有反芝諾效應。也就是說，如果觀測速率過高，反而會加速微觀粒子的衰變。

這在宏觀世界就更好理解了：如果你沒把握好節奏，過于頻繁地開關門，挑逗你家主子，它可能就要原地炸毛了。

好了，理論已經齊備，快去實踐吧。養貓的讀者走好不送……

而留下繼續往下看文章的貓奴，恭喜你們尚存理智。

如果你真的去試了，在鄰居報警之前，你的貓就會因為嫌棄你過于沙雕而離家出走了。

這也提醒了我們一個基本道理：量子世界和宏觀世界遵循不一樣的規律。想給兩個世界尋找一個統一的世界觀和方法論，還面臨着很大的困難。（不過前沿物理學家們目前還沒有放棄找尋大統一理論的努力，甚至可以說這是他們的終極目标。）

宏觀世界的運行法則到了量子級别的微觀世界會失效，因此才會産生許多在我們看來不可思議的事情：

比如，原子粒子可以同時出現在兩個地方；（比如粒子位置可以處于疊加态|1> |2>，即這個粒子既在位置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：一個微觀粒子的兩個物理量（如位置和動量、方位角與動量矩、時間和能量等）不可能同時具有确定的數值，其中一個量越确定，另一個量就越不确定。

再比如，把兩個處于糾纏狀态的粒子分開無論多遠，對其中一個粒子做什麼的時候，另一個也可以同時感應到……

而反過來，在微觀世界中能夠保持的量子特性，轉換到宏觀世界後就會消失。這種現象叫作退相幹。目前退相幹的過程還沒有被研究清楚，這也是現今量子計算機面臨的主要挑戰：保護敏感的量子狀态不受退相幹影響。

所以現實就是這樣殘酷：雖然你現在對量子世界多懂了一些，但你仍然找不到降服你的貓的方法。

貓奴們，放棄妄想吧。貓其實是遊離于宏觀世界與微觀世界之外的通靈神物，你主子永遠是你主子。

什麼？你還不死心？

那你可能更願意相信量子學派中的“多世界诠釋”。

由埃弗裡特率先提出的“多世界诠釋”，與前面提到的“哥本哈根诠釋”完全相反。他是薛定谔方程的擁趸，認同波函數是實體，量子的運動都可以由薛定谔方程描述。

埃弗裡特把待觀測的量子系統與觀測儀器視作整體，量子測量的過程就是系統與儀器之間的相互作用。在進行測量時，這種相互作用并不會發生塌縮，而是使波函數分裂成不同的項，在每一個項中，觀測者隻能看到與自己觀測結果一緻的世界，而對與其觀測結果不同的世界無從得知。

如今，我們已經從無數的文學影視作品中看過這個概念：平行世界。

具體來說就是：每次你打開家門的瞬間，你的家就分裂成兩個，你的貓也分裂成兩隻——

高興不？一下子多了一隻貓？

沒什麼可高興的，因為你也分裂成了兩個你。其中一個你看到天使态的貓，另一個你遭遇魔鬼态的貓。

而這種分裂會持續下去，你的每一次選擇都會分裂出新的世界，于是無限種可能性同時存在：你和貓從此過上幸福的生活；貓咬了你而它剛好攜帶狂犬病毒；或者你們身處一個被貓統治的世界，你其實是貓的寵物……細思恐極。

是不是更要珍惜你現在的貓主子了？

即使平行世界真的存在，凡人也不敢随意穿行，畢竟太過瘋狂，又有太多未知的境遇。

有沒有什麼穿越時空的方法，既保證安全，又能滿足好奇心？

還是需要一隻貓來帶領你。

這隻貓會突然出現在你家房間，帶你進行量子隧穿，在量子世界親身感受疊加态，還能把量子仙女引薦給你——

這一切，都會發生在《邀你共進量子早餐》這本書中，如同一場量子物理版“愛麗絲漫遊仙境”。

除了漫遊量子世界，你還可以跟随作者去和牛頓愛因斯坦吃一頓量子早餐，圍觀量子學派的領頭人華山論劍，通過輕松的方式學習各種量子物理的基礎知識。

這趟奇幻的量子旅程，會和吸貓一樣有趣。我們就此展開這樣的旅程吧！

☟

用有趣的方式了解抽象的量子世界基本概念

《邀你共進量子早餐》

作者：索尼娅·費爾南德斯·比達爾，弗蘭塞斯克·米拉列斯

譯者：王晉炜

本書打破了時間與空間的束縛，以生動有趣的語言講述了量子力學的基本概念以及量子力學發展史。讀者将同主人公一起，跟随量子仙女的腳步造訪薛定谔的貓的故鄉，與量子學派的代表人物共進早餐，并光臨歐洲核子研究組織了解關于量子技術的新研究，切身體會與日常生活息息相關的量子物理的奇妙之處。

讀者這樣說：

@讀者A君：“我對量子世界很感興趣，但我害怕那些純理論的内容。這本書是一個很好的起點，書中生動的情節會幫助你了解這一最令人好奇的理論。我真的很喜歡作者傳播這些知識的方式。這真是一本非常令人愉閱的書。在真正邁入激動人心的量子物理世界之前，我将首先用這本書來解決相關的概念。”

@讀者B君：“這真是一本有趣的書，可幫助人們了解抽象的概念，并讓我們審視所習慣的宏觀世界思維。它清晰簡單，就像閱讀《愛麗絲夢遊仙境》一樣，在故事中解釋了我們不熟知的概念。”

@讀者C君：“這是進入粒子物理世界的好方法，一點一點地，閱讀也變得輕松愉快。”