薛定谔猫

自薛定谔的时代开始,物理學者提出了很多其它对於薛定諤猫思想實驗的量子力学诠释,它们对叠加态存在的时間长久、波函数什么时候坍缩或是否發生塌縮,给出了不同的答案。

哥本哈根诠释

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量子力学诠释中最被普遍支持的是哥本哈根诠释。[8]按照哥本哈根诠释,当观察发生时,系统不再处于兩種狀態的叠加态,轉而坍缩为其中任意一种狀態。薛定諤的思想实验清楚地顯露出一個事實,即在这種诠释裏,测量或观察的概念並沒有被良好定義。这思想实验可以被詮释为,当盒子仍舊是封闭的时候,系统同时存在於“衰变的原子/死猫”和“未衰变的原子/活猫”這兩種狀態的叠加态,只有当盒子被打开,進行观察时,波函数坍缩为其中任意一种狀態。然而,与哥本哈根诠释有密切淵源的量子大師尼尔斯·玻尔从来都不认同观察引起的波函数坍缩這概念。薛定谔猫对他来说并不是什么謎題,在盒子被一个有意识观察者打开之前,猫早已不是死的就是活的了。[9]

对於真实实验的分析显示,测量本身(如用一个盖格计数器)就足以使量子波函数坍缩,早在一个有意识的观察者对测量结果进行观察之前。[10]在原子放射出的粒子击中探测器时,“观察”就已经发生了,這種看法可以发展成为客观坍缩理论。這思想實驗需要偵測器的無意識觀察才會出現放大效應。與之對比,多世界理论否认曾經發生任何坍缩。

多世界理论和一致性历史

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根據多世界理论,每一個事件都是分支點。不論盒子是封閉的還是敞開的,貓是活的,也是死的,但是,活貓與死貓是處於宇宙的不同分支,這些分支都同樣的真實,但是彼此之間不能相互作用。

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1957年,休·艾弗雷特提出了量子力学的多世界诠释,它不把观察作为一个特殊的过程。按照多世界诠释,当盒子被打开後,猫的活状态和死状态都仍舊延续不斷,但彼此之間发生了退相干。换句话说,当盒子被打开的时候,观察者和猫的糾纏態被割離為兩個分支:观察者看着盒子裏的死猫,和观察者看着盒子裏的活猫。但是由於活和死的状态發生了退相干,它们之间不會出現有效的信息交流或相互作用。

当观察者打开盒子之時,观察者會和猫发生纠缠。對應於猫的活狀態和死状态的觀察者狀態因此分別形成。每个观察者状态与猫发生了纠缠,所以“对猫状态的观察”和“猫的状态”彼此相互对应。量子退相干保证了不同的结果之间没有相互作用。同样的量子退相干机制对於一致性历史(consistent histories)诠释也很重要。在这诠释中,只有“死猫”或“活猫”可以作为一致性历史的一部分。

罗杰·彭罗斯对此嚴厲批评:

"我想要說清楚、講明白,这远远不是解决猫佯谬的办法。因为在量子力学形式論裏,没有任何規則要求意识状态不能牵涉同时的对活猫和死猫的感知。"[11]

但是,主流观点(并非一定赞同多世界)认为退相干是避免这样同时感知的机制。[12][13]

宇宙学家马克斯·泰格马克提出了一个薛定谔猫思想实验的变版,名為量子自杀机器。它从那隻猫的角度檢驗薛定谔猫思想实验,并且主張,採用这种方式或許可以分辨出哥本哈根诠释与多世界詮釋的不同之處。

系综诠释

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系综诠释指出叠加态仅仅是一个更大的统计系综的亞系綜。态矢量并不适用于单个的猫实验,只适用于被类似製备的许多猫实验的统计。这种诠释的支持者表示,这使得薛定谔猫佯谬成为了一个没有意义的平凡論題。

这种诠释不嘗試描述单个量子系统。這是一種最小詮釋,物理學者可以以這最小詮釋為基礎,在基礎的上面添加更多能夠解釋量子現象的理論架構。

關係詮釋

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对人类实验者、猫或仪器,或者生命系统与非生命系统之间,關係詮釋不做本质方面的区分;它們都是遵循同樣波函数演化規則的量子系统,都可以被視为“观察者”。但關係詮釋允许不同的观察者可以对相同的系列事件给出不同的描述,这些描述取决于它们所測知关于这个系统的信息。[14]猫可以被认为是仪器的一个观察者;同时,实验者可以被认为是盒子内部系统(猫加仪器)的另一个观察者。在盒子被打开之前,猫,因其天然地呈存活狀態或死狀態,拥有了關於仪器状态(原子是否衰变)的信息,而实验者并不擁有這信息。这样,两个不同观察者同时对当前的情形有了不同的描述:对猫来说,仪器的波函数表现为“坍缩”;对实验者来说,盒内之物表现为叠加态。一直等到盒子被打开,两个观察者同樣地拥有關於到底发生了什么事情的信息,這時候,两个系统状态才表现为“坍缩”成同样明确的结果,即猫是呈活狀態或死狀態中的一種狀態。

客观坍缩理论

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根据客观坍缩理论(objective collapse theories),當某些客观的物理量達到其阈值(时间、质量、温度、不可逆性等)時,叠加态会自发地被摧毀。因此,早在盒子被打开之前,猫就已經如同預期地处在一个明确的状态。这可以被不严谨地说成“猫观察它自己”或“环境观察猫”。

客观坍缩理论要求对标准量子力学做出一些修改,使得叠加态可以被时间演化过程摧毀。[15] 在理想情況下,這些理論可以在實驗中使用介觀疊加態來測試。例如,能量貓狀態被提出作為一個精確方法來測量與量子引力相關的能量塌縮理論。[16]