薛定谔的猫，这只困在量子迷宫中的神奇动物，是奥地利物理学家薛定谔用来嘲讽当时哥本哈根学派对于量子力学的诠释之作。在进一步探讨这个奇特实验之前，先来探讨一下它的背景，这样有助于我们深入理解。
首先，来一个量子力学的简短介绍。
量子力学的核心理念之一便是不确定性原理。从中还可以衍生出波函数的统计解释。那么，我们如何理解不确定性原理和波函数呢？
或许通过一个常见的宏观例子可以帮助我们更好地理解它。
小时候我们都玩过掷硬币，用正反面来决定胜负。想象一下，一枚硬币在空中抛出，然后用手掌盖住，此时是正面还是反面？
我们无法预知，但这里的不确定性与量子力学中的不同。虽然我们不知道硬币的正反，但在打开手掌的瞬间，正面或反面是确定无疑的。一旦观测，结果就固定了。
而在宏观世界中，你的观测行为不会改变硬币的正反状态，不管你看不看，状态早已存在。50%的概率是正面，50%的概率是反面，这是经典物理学的解释。
然而，在微观世界中，在你观测之前，硬币的正反状态是真正的不确定，只能用概率来描述。按照量子力学的说法，不确定性是它的固有属性，与观测无关。
宏观世界的不确定性，只是因为我们没看见，所以不确定。然而，一旦你用手盖住硬币，正反就已经确定，与你是否观看无关。
但微观世界不同，因为不确定性是基本粒子的固有属性，它确实是不确定的。用之前的硬币比喻，就好比硬币在你手中不断地变换正反。当你打开手掌时，硬币的状态就确定了，即波函数坍缩。这种解释虽然不严格，但有助于我们理解宏观世界与微观世界的差异。
根据量子力学，更准确的解释是：那枚硬币的正反两面是同时存在的！在宏观世界，我们无法看到这种现象，但在微观世界，这种现象却是真实存在的，这就是叠加态。
也就是说，硬币处于正面和反面的叠加状态。
量子力学中的叠加态并非物理学家随意杜撰的，而是通过数学推导得出的，称为“态叠加原理”。
这里要强调的是，波函数本身是一个假设，基于这个假设可以推断出量子世界的许多原理，但这个假设真的成立吗？如果它本身是错误的呢？
科学家们早已预料到这一点，科学原理都是通过假设和实验验证的方式得出的。首先做出假设，然后通过实验来验证，如果实验支持假设，那么假设就被认为是可靠的。这也是科学成立的基本逻辑，也是科学为何被称为“可证伪的”。
波函数和态叠加原理就是这样，至少到目前为止，它们与实验观察的结果非常相符。
利用波函数解释量子世界会更简便。例如，电子的自旋方向，可以同时是向上和向下的。电子的具体位置，可能是在A点，也可能在B点，甚至可能同时在A点和B点。
了解了这些，再来解释电子的双缝干涉实验就容易多了。电子同时通过两个狭缝，与自己发生干涉。
读到这里，你可能觉得有些困惑。
别灰心，不仅仅是你，包括爱因斯坦和薛定谔在内的许多物理学大师也难以接受这种观念。于是，薛定谔提出了他的猫这个思想实验，具体情境如下：
想象一个封闭的箱子，里面有一只活猫，放射性物质，毒气瓶，一个开关，和一个锤子。
我们知道放射性物质的衰变是随机的，根据叠加态原理，它处于衰变和不衰变的叠加状态。
如果放射性物质衰变，开关就会触发，锤子落下击破毒气瓶，猫便被毒死。
按照哥本哈根诠释，放射性物质处于衰变和不衰变的叠加态，开关也处于开和关的叠加态，毒气瓶也处于破碎和完整状态的叠加态，猫也处于生死叠加态。
因此，一只“既死又活”的猫便诞生了。
只有当你打开箱子时，才能决定猫的生死。这里使用的是“决定”，而非“看到”这个词！
一只“既死又活”的猫？
薛定谔笑着对哥本哈根学派说：这不可能，一只猫怎么可能既死又活呢？你们的不确定性和叠加态理论并不靠谱。
哥本哈根学派的物理学大师们自然不愿认输，他们有自己的解释。
波尔表示，测量和观察是两码事。观察太具主观色彩，而测量则没有。比如实验中的开关，它测量放射性物质是否衰变。一旦有了开关，放射性物质的叠加态就不复存在，它已经坍缩了。后续的事件与量子力学无关，属于经典物理范畴。
换句话说，开关的存在就是一种测量。猫的生死与人的观察无关。
还有一种解释是隐变量理论，它认为量子力学是不完整的，存在某些未知的隐变量，导致量子世界出现所谓的叠加态。
还有“平行宇宙”理论，通俗的解释是，打开箱子的瞬间，产生了不同的平行宇宙，在现实宇宙中猫活着，而在平行宇宙中猫死了。
另一种解释是“意识导致波函数坍缩”，即人的意识影响微观粒子的行为。这主要来自网络，不建议深究，它实际上是“民科”的一种表现。
随着量子力学的发展，科学家们提出了新的理论来诠释波函数坍缩和薛定谔的猫，这就是“退相干原理”。
以薛定谔的猫为例来解释“退相干原理”。关键问题在于：波函数为何会坍缩？什么导致了波函数的坍缩？
不要提及意识，这过于抽象，而且带有哲学色彩。
我们应该注意到，箱子里除了宏观物质，还有大量的微观粒子。
退相干性认为，量子的相干性会因外部环境影响产生量子纠缠，并随时间逐渐消失。
简单来说，环境中的微观粒子影响箱子中放射性物质的叠加态，使其不再具有叠加态，而展现出宏观物质的特性。
微观世界性质转变为宏观世界性质的过程，即“退相干”，所需时间即退相干时间。
至此，你可能感受到了什么。
没错，宏观世界物体也有叠加态（不确定性），只不过退相干时间极短，我们无法察觉！
退相干原理最早由德国物理学家泽贺在1970年提出，起初未受重视。直到二十多年后，法国科学家阿罗什证明了退相干的存在并获得诺贝尔物理学奖，退相干原理才逐渐受到认可。
但退相干原理并不完美，它能诠释思想实验薛定谔的猫，却未解释内在机制。即，环境中的微观粒子如何影响放射性物质？微观粒子如何让放射性物质坍缩为本征态？
这个问题至今无完美答案。
但我们应明白，理论上任何问题都不会有完美答案。就像哥德尔的不完备性定理，当我们试图证明一个不完备的理论时，需要用到新的假设，这样就产生了新的不完备。
但无论如何，科学就是这样逐步发展的。
最后不得不感慨，薛定谔当初提出“薛定谔的猫”，本是讽刺和质疑各奔哈哥学派的叠加态和不确定性，结果这个思想实验反而成了推动量子力学发展的工具，验证了叠加态确实存在！
