1 引言：一个成功的思想实验与失败的物理图像
1935年，埃尔温·薛定谔提出了一个思想实验，旨在展示哥本哈根诠释将量子叠加态推广到宏观世界会导致荒谬结论。实验设想：一只猫被关在盒子里，盒内有一个放射性原子、一个盖革计数器、一瓶毒药。如果原子衰变，计数器触发，打碎毒药瓶，猫死亡；如果原子未衰变，猫存活。根据量子力学，原子处于衰变与未衰变的叠加态，因此猫也应处于死与活的叠加态，直到打开盒子观测才“坍缩”为确定状态。
薛定谔的本意是讽刺这种诠释的荒谬性，指出将微观叠加直接外推到宏观物体的不合理。然而，这个实验反而成为量子神秘主义的标志，被用来宣称“猫既死又活”、“现实由观测创造”等反直觉结论，甚至被某些人用来支持意识导致坍缩的唯心论。
2 薛定谔猫实验的根本错误
2.1 微观叠加与宏观叠加的本质区别
薛定谔猫实验的核心错误在于：将微观粒子的叠加态直接外推到宏观物体，完全忽略了宏观物体由大量粒子组成这一事实。
一个原子可以处于叠加态，因为它是量子系统，与环境耦合很弱。但一只猫包含约10^27个原子，是一个宏观系统。每个原子都与环境（包括猫自身内部的其他原子）有强烈的相互作用（热辐射的吸收和辐射）。这些相互作用会“记录”物体的状态，从而破坏量子相干性。猫的死活是宏观可区分状态，它们与环境的耦合完全不同，因此根本无法维持相干叠加。这种相互作用导致退相干——量子叠加态在极短时间内（远小于10^-23秒）被环境破坏，成为经典混合态。
2.2 波函数是物理场，不是抽象概率
哥本哈根诠释将波函数视为抽象概率幅，导致人们认为“观测前猫既死又活”。对于宏观物体，其波函数已经与环境纠缠，失去了相干性。所谓“猫的波函数”实际上是约化密度矩阵描述的混合态，不是纯态叠加。
2.3 测量的物理本质
薛定谔猫实验隐含地假设“观测”是某种特殊过程，甚至与意识有关。探测器、盖革计数器都是由原子组成的宏观设备，它们通过相互作用来记录事件。当原子衰变时，放出的粒子（如α粒子）与盖革计数器中的气体原子相互作用，气体原子电离过程，产生可记录信号。这一系列过程是连续的、物理的，不存在“坍缩”的跳跃，更不需要意识介入。
猫本身也是一个测量装置：毒药的释放、猫的生死状态，都是通过宏观的物理过程实现的。这些过程都涉及大量原子的相互作用，因此猫的状态在极短时间内就变得经典确定。
3 退相干机制的物理视角
3.1 环境退相干
对于宏观物体，其表面和内部的每个原子都不断与周围的环境发生相互作用。这些相互作用使物体的量子态信息被“记录”到环境中。具体来说，猫的“活态”和“死态”对应不同的原子构型（例如，活猫有规律的生物电活动、血液循环等；死猫这些活动停止）。这些不同的构型会以不同的方式与环境相互作用，产生不同的“环境印记”。一旦环境获得了关于猫状态的信息，猫的两个状态之间的量子相干性就被破坏了。这个过程称为环境退相干。
3.2 退相干的特征时间
退相干的时间尺度与系统的尺度成反比。对于微观粒子，退相干时间可以很长（例如在真空中）。但对于宏观物体，退相干时间极短意即：宏观物体的退相干时间远小于任何可观测的时间尺度。因此，猫的叠加态在物理上从未存在过——它在形成的同时就被破坏了。
宏观物体每时每刻都在与环境交换能量和信息。这种持续不断的相互作用使物体的量子态无法保持孤立。任何宏观可区分状态都会迅速在环境中留下痕迹，导致退相干。因此，猫既死又活的叠加态在环境的加持下物理上不可能，因为环境会立即“测量”猫的状态，将其确定为经典混合。
4 对“观测导致坍缩”的批判
4.1 意识导致坍缩的谬误
一些诠释（如冯·诺依曼-魏格纳诠释）认为，意识是导致波函数坍缩的关键。薛定谔猫实验被用来支持这种观点：打开盒子前，猫处于叠加态；打开盒子后，观测者的意识使其坍缩。
这是典型的唯心论。意识是大脑的神经活动，而大脑本身也是由大量原子组成的宏观物体。大脑中的神经元活动同样是物理过程。如果意识能导致坍缩，那么意识本身也需要被解释。这陷入无限循环。
实际上，退相干在意识介入之前已经完成。打开盒子时，我们看到的是已经确定的猫的状态，而不是从叠加态坍缩下来的。
4.2 测量是物理过程，不是神秘事件
测量过程可以分解为一系列物理步骤：
1. 微观系统（原子）与第一级测量装置（盖革计数器）相互作用，通过环境吸收记录事件。
2. 第一级测量装置的状态与第二级装置（毒药释放机构）相互作用，同样涉及与环境作用过程。
3. 最终，猫的生死状态被环境（包括盒子内的空气、盒子壁等）记录。
所有这些步骤都是物理的、连续的、遵循薛定谔方程的（直到退相干发生）。不存在非物理的“坍缩”。
4.3 Wigner的朋友与无限回归
薛定谔猫的变种——Wigner的朋友实验——进一步问：如果有一个观测者（朋友）在盒子里观测猫，而Wigner在盒子外，那么对Wigner来说，朋友和猫处于什么状态？
朋友也是一个宏观物体，他与猫之间的相互作用同样会导致退相干。因此，从Wigner的角度，朋友和猫的状态也是经典关联的，不是量子叠加。不存在无限回归的问题。
5 测量问题的本质
量子力学中的测量问题可以归结为：为什么我们只看到确定的结果，而不是叠加？为什么观测导致波函数“坍缩”？
要把测量问题还原为退相干问题。退相干解释了为什么宏观世界是经典的，但它本身并没有解决“为什么我们感知到一个确定的结果”（因为退相干后仍有多个分支，只是它们不再相干）。这引出“优选基”问题和“指认”问题。其实我们的感知本身也是物理过程，是大脑神经元对环境的响应。由于退相干，大脑的不同状态（感知到猫死或感知到猫活）与环境的不同分支关联，并且这些分支不再相干，因此我们只能感知到一个确定的结果。这是量子达尔文主义的图景：环境选择可稳定繁殖的信息。
对于猫的死活，这两种状态都是“指针态”——它们与环境耦合的方式不同，但都能稳定存在，不会相互干涉。因此，环境自然将猫的状态投影到"死"或"活"这两个基上。
我们可以给予一种实在论的量子力学诠释：波函数是真实的物理场（电磁场），测量是波与物质相互作用的自然结果，退相干是环境记录信息的过程。猫的死活从一开始就是确定的，只是我们不知道，而不是处于叠加态。所谓的"叠加态"只在微观系统与宏观环境充分隔离时才存在。
6 薛定谔猫实验的重新解读
6.1 原子衰变的正确描述
考虑放射性原子。根据量子力学，它处于衰变与未衰变的叠加态。但这只是孤立系统的描述。一旦原子与盖革计数器相互作用，两者纠缠，然后计数器与毒药瓶纠缠，整个过程都是幺正的。但关键在于，计数器和毒药瓶是宏观物体，它们与环境（包括猫）迅速纠缠，导致退相干。因此，原子衰变与否的信息在极短时间内被环境记录，猫的状态随之确定。
6.2 猫的状态何时确定？
猫的状态在毒药释放的瞬间就已经确定，而不是在打开盒子时。因为毒药释放本身是一个宏观化学过程，涉及大量分子，这个过程必然与环境发生相互作用，退相干在飞秒量级完成。所以，猫的生死在实验进行中就已经成为客观事实，与是否观测无关。
6.3 打开盒子只是获取信息
打开盒子观测，是观察者（也是宏观物体）与猫的状态发生相互作用。这个过程中，观察者的大脑状态发生变化，记录下猫的死或活。这也是物理过程，不改变猫的既成事实。因此，薛定谔的猫从来没有"既死又活"，它从一开始就是要么死要么活，只是我们不知道而已。量子力学的不确定性只体现在我们无法预测结果，而不是结果不存在。
7 对量子神秘主义的祛魅
薛定谔的猫被大众媒体和某些科普作品过度神秘化，成为量子力学“诡异”的象征。这导致了许多误解：
· 误解一：现实由观测创造。我们指出，观测只是获取信息，不创造现实。
· 误解二：意识是量子现象的基础。我们认为，意识是大脑的宏观物理过程，与量子效应无关。
· 误解三：世界是概率的，没有客观实在。我们坚持实在论：波函数是物理场，测量结果是客观的。
· 误解四：量子力学无法理解，只能接受。我们要将量子力学从神秘主义的迷雾中解放出来，还原为一门关于真实物理场的科学。
8 结论
薛定谔的猫理想实验，作为对哥本哈根诠释的讽刺，其本意是合理的，但它却被错误地当作量子力学真谛的展示，造成了广泛的误解。我们予以批驳并得出以下结论：
1. 宏观叠加态不存在：由于退相干机制，宏观物体（如猫）无法维持量子叠加态。物理环境会瞬时记录物体的状态，破坏相干性。
2. 测量是物理过程：不依赖意识。猫的生死在实验过程中已经成为客观事实，打开盒子只是获取信息。
3. 波函数是物理场：电磁场是真实存在的，波函数描述的是这个物理场，而非抽象概率。量子力学是实在论的理论。
4. 薛定谔猫实验误导了公众：它被用来支持量子神秘主义，实际上是对量子力学的曲解。
【文/王建涛，作者原创投稿，授权红歌会网首发。】
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