量子世界的迭加态是如何产生的？

如果猫根本就不可能处于不同态的迭加，那么微观的量子世界与我们的巨观世界之间的分野，显然会更倾向量子的那一端。让我们更仔细地来探讨一下所谓“量测”是什么意思。

想想埋藏在地底深处岩石里的铀元素所经历的状况。在非常罕见的情况下，这种原子会自发性地分裂成两个较轻的碎片并飞散开来，同时释出大量的能量。这些能量就是核反应堆所产生的热，可转换成电力。这些原子核的碎片大小大约是原本铀原子核的一半，它们生成时紧紧挨在一起，但会往任何方向飞散开来。量子力学告诉我们，在进行量测之前，我们必须假设每个碎片可能往任何方向飞开。如果我们把它们看成是波而不是粒子的话，就很容易理解这点，就像石子落入池塘后激起扩散开来的水波一样。但我们知道，这些核分裂的碎片其实会在岩石里留下细微的轨迹，在有些矿石里甚至用显微镜就能观察出来。事实上，研究这些长度只有千分之几毫米的轨迹，在岩石的放射性定年法中是相当有用的技术。

重点在于：由于这些轨迹是在量子世界中产生的，在进行量测之前，我们必须描述它们出现（如果铀原子核裂变）与未出现（如果未裂变）的状态同时存在。如果铀原子核已裂变，我们的描述就会马上变成这些轨迹出现在所有方向上。但是，构成量测的要素是什么？难道，岩石原本处于化外之境，里面的轨迹同时存在也不存在，直到我们用显微镜观察？当然不是这样，这些岩石里要不是有轨迹，就是没有，无论我们是在今天对岩石进行分析、在100年后进行，或是永不进行。

对于量子世界的量测必然时时刻刻地在进行，而具有意识的观察者（无论他们是否穿着实验衣）在量测中显然并未扮演任何角色。正确的定义应该是，当发生的“事件”或“现象”被记录下来时，量测就已经发生。比方说粒子留下一条轨迹，好让我们稍后想做观察时能看到它。

这点似乎显而易见，所以如果你觉得量子物理学家怎么可能蠢到去思考别的可能，也情有可原。但话说回来，量子力学的一些预测确实是合理的；我们需要的是厘清如何记录量子世界的事件，也就是当量子的诡异现象（同时往两个方向移动，或是同时进行与不进行某些事）发生漏失时。

在1980年代和1990年代，物理学家们开始领悟其中的道理。他们思索以下的情况：假设一个孤立的量子系统（例如单独的原子）不再怡然自得地以遗世独立的迭加态继续存在，而与巨观的量测装置产生耦合。这些装置甚至可以是周遭环境，例如岩石。依照量子力学的规范，构成量测装置或岩石的数以兆计原子也必须以迭加态存在。然而，这些精细的量子效应太过复杂，在如此巨大的巨观设备中无法维持，于是便漏失了，就像热能从高温物体散逸掉一样。这个过程称之为“退相干”（decoherence），目前各种讨论与研究便是针对这个课题。其中一种理解的方式是，巨观系统内的原子之间各种可能交互作用的组合，会产生为数惊人的迭加态，于是个别的精细迭加态便无可挽回地遗失了。回复原来的迭加态有如将一副扑克牌“逆洗牌”，但困难度又高得多。

现今许多物理学家将退相干当成宇宙中无时无刻、无所不在的真实物理过程。当一个量子系统不再孤立于周遭环境（可以是一台盖格计数器、一块岩石、周围的空气分子乃至于任何物体；不需涉及具有意识的观察者），这个过程便会发生。如果它与外部环境的关联够强，原有的精细迭加态丧失的速度就会非常快。事实上，退相干是整个物理界中最迅速且最有效的过程之一。这种卓越的效率正是退相干的过程之所以能逃过科学家法眼这么久的原因。直到现在，物理学家才开始慢慢知道如何控制与研究它。

即使我们尚未完全了解退相干的过程，但我们至少可以开始厘清这个悖论了。我们之所以不会同时看到薛定谔的猫死了又活着，是因为远在我们打开箱盖之前，退相干就已经在盖格计数器里发生了。盖格计数器能够记录原子是否衰变，所以它迫使原子做出决定。在任何给定的时间间隔里，原子不是产生衰变，使盖格计数器记录到它，引发最后置猫于死地的一系列事件；不然就是未产生衰变，盖格计数器也没记录到任何事件。一旦我们从量子世界的迭加态中探出头来，我们就回不去了，只剩简单的统计概率可用。

2006年发表的一篇论文里所进行的一项简洁实验中，两位剑桥科学家罗杰·卡本特与安德鲁·安德森证实，量子迭加的崩陷与量子诡异现象的漏失确实发生在盖格计数器的使用上。不过这个实验并未受到关注，也许因为大多数量子物理学家认为，在这方面已经没有任何悬而未决的难题。

看来，退相干不仅告诉我们为何不会看到薛定谔的猫同时活着且死了，而且也开宗明义地说明为什么猫不会处于这种中间态。当然，退相干并没有告诉我们量子系统怎么选择某个选项。量子力学依然具有概率的性质，个别量测的不可预测性并未消失。

至于两个选项当中的任一个是如何被选到的，如果你相信多重宇宙理论，就不需要特别解释了——在某个宇宙里猫会死亡，在另一宇宙里则会存活。一旦你打开盒子，就等于找出你处于哪个宇宙里：死猫的宇宙或活猫的宇宙。无论你在哪个宇宙中，总有另一个你在其他的宇宙里打开盒子，发现别的结果。简单明了，对吧。