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薛定諤貓佯謬是一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)（想象的實(shí)驗(yàn)，不一定真的做）：將一只貓關(guān)在箱子里，箱內(nèi)還置有一小塊鈾、一個(gè)盛有毒氣的玻璃瓶，和一套由檢測(cè)器控制的榔頭所構(gòu)成的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。鈾是不穩(wěn)定的元素，衰變時(shí)放出射線觸發(fā)檢測(cè)器，驅(qū)動(dòng)榔頭擊碎玻璃瓶，釋放出毒氣將貓毒死。鈾未衰變前，毒氣未放出，貓是活的。鈾原子在何時(shí)衰變是不確定的，所以是處于疊加態(tài)。薛定諤挖苦說(shuō)：按照量子力學(xué)的解釋，箱中之貓?zhí)幱凇八溃畀B加態(tài)”———既死了又活著！要等到打開箱子看貓一眼才決定其生死。（請(qǐng)注意！不是發(fā)現(xiàn)而是決定，僅僅看一眼就足以致命！）這個(gè)理想實(shí)驗(yàn)的巧妙之處在于通過(guò)檢測(cè)器－榔頭－毒藥瓶這條因果鍵，似乎將鈾原子的疊加態(tài)與貓的死與活聯(lián)系在一起，使量子力學(xué)的微觀不確定性變?yōu)楹暧^不確定性；微觀的混沌變?yōu)楹暧^的荒誕———貓要么死了，要么活著，兩者必居其一，不可能同時(shí)既死又活！難怪英國(guó)著名科學(xué)家霍金聽(tīng)到薛定諤貓佯謬時(shí)說(shuō)：“我去拿槍來(lái)！” 量子力學(xué)是描述原子電子等微觀粒子的理論，它所揭示的微觀規(guī)律與日常生活中看到的宏觀規(guī)律很不一樣。處于所謂“疊加態(tài)”的微觀粒子之狀態(tài)是不確定的，例如電子可以同時(shí)位于幾個(gè)不同的地點(diǎn)，直到被觀察測(cè)量（觀測(cè)）時(shí)，才在某處出現(xiàn)。這種事如果發(fā)生在宏觀世界的日常生活中，就好比：我在家中何處是不確定的，你看我一眼，我就突然現(xiàn)身于某處———客廳、餐廳、廚房、書房或臥室都有可能；在你看我以前，我像云霧般隱身在家中，穿墻透壁到處游蕩。這種魔術(shù)別說(shuō)常人認(rèn)為荒謬，物理學(xué)家如薛定諤也想不通。 薛定諤貓佯謬提出了一個(gè)問(wèn)題：什么是量子力學(xué)的觀測(cè)？觀察或測(cè)量都與人的主觀有關(guān)，而人在箱外，所以必須打開箱子看一眼才決定貓的死活。誰(shuí)都知道箱中貓的死活是由鈾的衰變決定的———衰變前貓是活的，衰變后貓死了，這與是否有人打開箱子進(jìn)行觀測(cè)根本不搭界。所以毛病出在觀測(cè)的主觀性上，應(yīng)該朝這個(gè)方向?qū)じ康住Ｎ⒂^的觀測(cè)與宏觀的不同，宏觀的觀測(cè)對(duì)被觀測(cè)對(duì)象沒(méi)有什么影響。俗話說(shuō)：“看一眼總行吧。”意思是對(duì)所看之物并無(wú)影響，用不著擔(dān)心。微觀的觀測(cè)對(duì)被觀測(cè)對(duì)象有影響，會(huì)引起變化，以觀測(cè)電子為例，要用光照才能看見(jiàn)，光的最小單位光子的能量雖小但不是零，光子照到被觀測(cè)的電子上對(duì)它的影響很大。所以在微觀世界中看一眼也會(huì)惹禍！量子力學(xué)認(rèn)為：觀測(cè)的結(jié)果使得被觀測(cè)對(duì)象的狀態(tài)改變了，一個(gè)確定態(tài)從原先不確定的疊加態(tài)中蹦了出來(lái)。再追究下去，觀測(cè)無(wú)非是觀測(cè)手段如光子與被觀測(cè)對(duì)象如電子之間的一種相互作用，這種相互作用并不一定非與觀測(cè)者聯(lián)系起來(lái)不可，后者可以用檢測(cè)器之類的儀器代替，這樣就可以將人的主觀因素完全排除———薛定諤貓的死活不是由人打開箱子看一眼所決定的。（摘自沈致遠(yuǎn)：《薛定諤貓的生與死》，《文匯報(bào)》2000年11月4日“筆會(huì)”） 這里涉及一個(gè)非常重要的問(wèn)題：認(rèn)識(shí)（觀察）的客觀性和主觀性。這個(gè)問(wèn)題也包括真理（正確認(rèn)識(shí)）的客觀性和主觀性問(wèn)題。真理不是人腦中固有的或自生的，而是對(duì)客觀外界的反映，人腦好比一個(gè)加工廠，制造產(chǎn)品的原材料和半成品來(lái)自客觀世界。就是說(shuō)，人們只有在社會(huì)實(shí)踐中同各種事物打交道，使人的大腦通過(guò)各種器官同外界發(fā)生聯(lián)系，經(jīng)過(guò)加工制作，才會(huì)在頭腦中形成關(guān)于它們的真理。所以，人腦是真理的客觀物質(zhì)基礎(chǔ)，而外在的客觀物質(zhì)世界才是真理的源泉。正如馬克思所說(shuō)：“觀念的東西不外是移入人的頭腦并在人的頭腦中改造過(guò)的物質(zhì)的東西而已”。 真理的內(nèi)容是客觀的，但真理并非客觀世界本身，也不是客觀事物直接進(jìn)入真理。而是經(jīng)過(guò)主觀能動(dòng)地加工過(guò)的關(guān)于客觀世界的形象、本質(zhì)和關(guān)系等等，即對(duì)客觀世界的反映。真理的內(nèi)容雖然是客觀的，而且認(rèn)識(shí)只有正確反應(yīng)客觀世界的時(shí)候，才具有真理性，但是真理本身卻是一種觀念性的存在，屬于主觀的東西，它跟客觀世界本身畢竟不是同一個(gè)東西。也就是說(shuō)，真理的存在形式是主觀的，屬于觀念性的存在。 真理的主觀性還表現(xiàn)在它對(duì)客觀世界的反映具有近似的性質(zhì)，不是絕對(duì)的符合。它來(lái)源于外界，在客觀外界都可以找到它們的原型，但真理和它的原型之間并不是機(jī)械的對(duì)應(yīng)。客觀事物是復(fù)雜的，事物、現(xiàn)象的屬性、特點(diǎn)各異，因而決定了人們對(duì)它們的反映也是復(fù)雜多樣的。科學(xué)是反映事物的本質(zhì)和規(guī)律的學(xué)問(wèn)，但因?yàn)樗从沉耸挛锏纳羁痰摹?fù)雜的關(guān)系，它的原型并不象感官感知現(xiàn)象那樣直接明白，而相對(duì)的獨(dú)立性。例如，數(shù)學(xué)概念是從現(xiàn)實(shí)的數(shù)量和形狀中抽象出來(lái)的，甚至數(shù)學(xué)的運(yùn)算方法也是現(xiàn)實(shí)世界的某些實(shí)際過(guò)程的反映。數(shù)學(xué)反映的數(shù)量關(guān)系極為復(fù)雜，有時(shí)找不到原型。找不到原型并非不存在客觀原型，而是因?yàn)槿藗儗?duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)不夠深入、廣泛，尚未發(fā)現(xiàn)它的原型。當(dāng)人們的認(rèn)識(shí)進(jìn)步了，客觀原型也就顯露出來(lái)了。例如，在數(shù)學(xué)發(fā)展史上，長(zhǎng)期沒(méi)有找出“虛數(shù)”的客觀原型，甚至有的數(shù)學(xué)家認(rèn)為它是“不可能有的，是想象的數(shù)，……它們既不是什么都不是，也不比什么都不是多些什么，更不比什么都不是少些什么。它們純屬虛幻。”現(xiàn)代科學(xué)和數(shù)學(xué)的發(fā)展證明了它的現(xiàn)實(shí)性。從復(fù)數(shù)來(lái)看，實(shí)數(shù)和虛數(shù)同是它的特殊情況。 魯迅先生說(shuō)得好：“天才們無(wú)論怎樣說(shuō)大話，歸根結(jié)蒂，還是不能憑空創(chuàng)造。描神畫鬼，毫無(wú)對(duì)證，本可以專靠了神思，所謂‘天馬行空’似的揮寫了，然而他們寫出來(lái)的，也不過(guò)是三只眼、長(zhǎng)頸子，就是在常見(jiàn)的人體上，嗇了眼睛一只，增長(zhǎng)了頸子二三尺而已。
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量子力學(xué)是研究微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)分支學(xué)科，它主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì)，以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的基礎(chǔ)理論，它與相對(duì)論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。量子力學(xué)不僅是近代物理學(xué)的基礎(chǔ)理論之一，而且在化學(xué)等有關(guān)學(xué)科和許多近代技術(shù)中也得到了廣泛的應(yīng)用。量子力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史 量子力學(xué)是在舊量子論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。舊量子論包括普朗克的量子假說(shuō)、愛(ài)因斯坦的光量子理論和玻爾的原子理論。 1900年，普朗克提出輻射量子假說(shuō)，假定電磁場(chǎng)和物質(zhì)交換能量是以間斷的形式(能量子)實(shí)現(xiàn)的，能量子的大小同輻射頻率成正比，比例常數(shù)稱為普朗克常數(shù)，從而得出黑體輻射能量分布公式，成功地解釋了黑體輻射現(xiàn)象。 1905年，愛(ài)因斯坦引進(jìn)光量子(光子)的概念，并給出了光子的能量、動(dòng)量與輻射的頻率和波長(zhǎng)的關(guān)系，成功地解釋了光電效應(yīng)。其后，他又提出固體的振動(dòng)能量也是量子化的，從而解釋了低溫下固體比熱問(wèn)題。 1913年，玻爾在盧瑟福有核原子模型的基礎(chǔ)上建立起原子的量子理論。按照這個(gè)理論，原子中的電子只能在分立的軌道上運(yùn)動(dòng)，原子具有確定的能量，它所處的這種狀態(tài)叫“定態(tài)”，而且原子只有從一個(gè)定態(tài)到另一個(gè)定態(tài)，才能吸收或輻射能量。這個(gè)理論雖然有許多成功之處，但對(duì)于進(jìn)一步解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象還有許多困難。 在人們認(rèn)識(shí)到光具有波動(dòng)和微粒的二象性之后，為了解釋一些經(jīng)典理論無(wú)法解釋的現(xiàn)象，法國(guó)物理學(xué)家德布羅意于1923年提出微觀粒子具有波粒二象性的假說(shuō)。德布羅意認(rèn)為：正如光具有波粒二象性一樣，實(shí)體的微粒(如電子、原子等)也具有這種性質(zhì)，即既具有粒子性也具有波動(dòng)性。這一假說(shuō)不久就為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。 由于微觀粒子具有波粒二象性，微觀粒子所遵循的運(yùn)動(dòng)規(guī)律就不同于宏觀物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的量子力學(xué)也就不同于描述宏觀物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的經(jīng)典力學(xué)。當(dāng)粒子的大小由微觀過(guò)渡到宏觀時(shí)，它所遵循的規(guī)律也由量子力學(xué)過(guò)渡到經(jīng)典力學(xué)。 量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)的差別首先表現(xiàn)在對(duì)粒子的狀態(tài)和力學(xué)量的描述及其變化規(guī)律上。在量子力學(xué)中，粒子的狀態(tài)用波函數(shù)描述，它是坐標(biāo)和時(shí)間的復(fù)函數(shù)。為了描寫微觀粒子狀態(tài)隨時(shí)間變化的規(guī)律，就需要找出波函數(shù)所滿足的運(yùn)動(dòng)方程。這個(gè)方程是薛定諤在1926年首先找到的，被稱為薛定諤方程。 當(dāng)微觀粒子處于某一狀態(tài)時(shí)，它的力學(xué)量(如坐標(biāo)、動(dòng)量、角動(dòng)量、能量等)一般不具有確定的數(shù)值，而具有一系列可能值，每個(gè)可能值以一定的幾率出現(xiàn)。當(dāng)粒子所處的狀態(tài)確定時(shí)，力學(xué)量具有某一可能值的幾率也就完全確定。這就是1927年，海森伯得出的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系，同時(shí)玻爾提出了并協(xié)原理，對(duì)量子力學(xué)給出了進(jìn)一步的闡釋。 量子力學(xué)和狹義相對(duì)論的結(jié)合產(chǎn)生了相對(duì)論量子力學(xué)。經(jīng)狄拉克、海森伯和泡利等人的工作發(fā)展了量子電動(dòng)力學(xué)。20世紀(jì)30年代以后形成了描述各種粒子場(chǎng)的量子化理論——量子場(chǎng)論，它構(gòu)成了描述基本粒子現(xiàn)象的理論基礎(chǔ)。 量子力學(xué)是在舊量子論建立之后發(fā)展建立起來(lái)的。舊量子論對(duì)經(jīng)典物理理論加以某種人為的修正或附加條件以便解釋微觀領(lǐng)域中的一些現(xiàn)象。由于舊量子論不能令人滿意，人們?cè)趯ふ椅⒂^領(lǐng)域的規(guī)律時(shí)，從兩條不同的道路建立了量子力學(xué)。 1925年，海森堡基于物理理論只處理可觀察量的認(rèn)識(shí)，拋棄了不可觀察的軌道概念，并從可觀察的輻射頻率及其強(qiáng)度出發(fā)，和玻恩、約爾丹一起建立起矩陣力學(xué)；1926年，薛定諤基于量子性是微觀體系波動(dòng)性的反映這一認(rèn)識(shí)，找到了微觀體系的運(yùn)動(dòng)方程，從而建立起波動(dòng)力學(xué)，其后不久還證明了波動(dòng)力學(xué)和矩陣力學(xué)的數(shù)學(xué)等價(jià)性；狄拉克和約爾丹各自獨(dú)立地發(fā)展了一種普遍的變換理論，給出量子力學(xué)簡(jiǎn)潔、完善的數(shù)學(xué)表達(dá)形式。量子力學(xué)的基本內(nèi)容 量子力學(xué)的基本原理包括量子態(tài)的概念，運(yùn)動(dòng)方程、理論概念和觀測(cè)物理量之間的對(duì)應(yīng)規(guī)則和物理原理。 在量子力學(xué)中，一個(gè)物理體系的狀態(tài)由波函數(shù)表示，波函數(shù)的任意線性疊加仍然代表體系的一種可能狀態(tài)。狀態(tài)隨時(shí)間的變化遵循一個(gè)線性微分方程，該方程預(yù)言體系的行為，物理量由滿足一定條件的、代表某種運(yùn)算的算符表示；測(cè)量處于某一狀態(tài)的物理體系的某一物理量的操作，對(duì)應(yīng)于代表該量的算符對(duì)其波函數(shù)的作用；測(cè)量的可能取值由該算符的本征方程決定，測(cè)量的期待值由一個(gè)包含該算符的積分方程計(jì)算。 波函數(shù)的平方代表作為其變數(shù)的物理量出現(xiàn)的幾率。根據(jù)這些基本原理并附以其他必要的假設(shè)，量子力學(xué)可以解釋原子和亞原子的各種現(xiàn)象。 關(guān)于量子力學(xué)的解釋涉及許多哲學(xué)問(wèn)題，其核心是因果性和物理實(shí)在問(wèn)題。按動(dòng)力學(xué)意義上的因果律說(shuō)，量子力學(xué)的運(yùn)動(dòng)方程也是因果律方程，當(dāng)體系的某一時(shí)刻的狀態(tài)被知道時(shí)，可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程預(yù)言它的未來(lái)和過(guò)去任意時(shí)刻的狀態(tài)。 但量子力學(xué)的預(yù)言和經(jīng)典物理學(xué)運(yùn)動(dòng)方程(質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程和波動(dòng)方程)的預(yù)言在性質(zhì)上是不同的。在經(jīng)典物理學(xué)理論中，對(duì)一個(gè)體系的測(cè)量不會(huì)改變它的狀態(tài)，它只有一種變化，并按運(yùn)動(dòng)方程演進(jìn)。因此，運(yùn)動(dòng)方程對(duì)決定體系狀態(tài)的力學(xué)量可以作出確定的預(yù)言。 但在量子力學(xué)中，體系的狀態(tài)有兩種變化，一種是體系的狀態(tài)按運(yùn)動(dòng)方程演進(jìn)，這是可逆的變化；另一種是測(cè)量改變體系狀態(tài)的不可逆變化。因此，量子力學(xué)對(duì)決定狀態(tài)的物理量不能給出確定的預(yù)言，只能給出物理量取值的幾率。在這個(gè)意義上，經(jīng)典物理學(xué)因果律在微觀領(lǐng)域失效了。 據(jù)此，一些物理學(xué)家和哲學(xué)家斷言量子力學(xué)擯棄因果性，而另一些物理學(xué)家和哲學(xué)家則認(rèn)為量子力學(xué)因果律反映的是一種新型的因果性——幾率因果性。量子力學(xué)中代表量子態(tài)的波函數(shù)是在整個(gè)空間定義的，態(tài)的任何變化是同時(shí)在整個(gè)空間實(shí)現(xiàn)的。 20世紀(jì)70年代以來(lái)，關(guān)于遠(yuǎn)隔粒子關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)表明，類空分離的事件存在著量子力學(xué)預(yù)言的關(guān)聯(lián)。這種關(guān)聯(lián)是同狹義相對(duì)論關(guān)于客體之間只能以不大于光速的速度傳遞物理相互作用的觀點(diǎn)相矛盾的。于是，有些物理學(xué)家和哲學(xué)家為了解釋這種關(guān)聯(lián)的存在，提出在量子世界存在一種全局因果性或整體因果性，這種不同于建立在狹義相對(duì)論基礎(chǔ)上的局域因果性，可以從整體上同時(shí)決定相關(guān)體系的行為。 量子力學(xué)用量子態(tài)的概念表征微觀體系狀態(tài)，深化了人們對(duì)物理實(shí)在的理解。微觀體系的性質(zhì)總是在它們與其他體系，特別是觀察儀器的相互作用中表現(xiàn)出來(lái)。 人們對(duì)觀察結(jié)果用經(jīng)典物理學(xué)語(yǔ)言描述時(shí)，發(fā)現(xiàn)微觀體系在不同的條件下，或主要表現(xiàn)為波動(dòng)圖象，或主要表現(xiàn)為粒子行為。而量子態(tài)的概念所表達(dá)的，則是微觀體系與儀器相互作用而產(chǎn)生的表現(xiàn)為波或粒子的可能性。 量子力學(xué)表明，微觀物理實(shí)在既不是波也不是粒子，真正的實(shí)在是量子態(tài)。真實(shí)狀態(tài)分解為隱態(tài)和顯態(tài)，是由于測(cè)量所造成的，在這里只有顯態(tài)才符合經(jīng)典物理學(xué)實(shí)在的含義。微觀體系的實(shí)在性還表現(xiàn)在它的不可分離性上。量子力學(xué)把研究對(duì)象及其所處的環(huán)境看作一個(gè)整體，它不允許把世界看成由彼此分離的、獨(dú)立的部分組成的。關(guān)于遠(yuǎn)隔粒子關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，也定量地支持了量子態(tài)不可分離性的觀點(diǎn)。 其他量子物理學(xué)分支學(xué)科量子力學(xué)、核物理學(xué)、高能物理學(xué)、原子物理學(xué)、分子物理學(xué) 。