微觀量子現象的弔詭與詮釋
微觀量子現象的弔詭與詮釋
古月語 22.01.13 15:27
二十世紀早期，從一些關於小尺寸微觀物理的實驗裏，物理學家發現了很多新穎的量子現象。對於這些實驗結果，經典物理完全無法解釋。替而代之，物理學家提出了一些嶄新的理論。而這些理論能夠非常精確地解釋新發現的量子現象。但是，內嵌於這些經驗理論的，是一種關於小尺度真實世界的新模型。它們所給予的預測，常使物理學家覺得相當地反直覺。甚至它們的發現者都感受到極其驚訝。哥本哈根詮釋嘗試着，在實驗證據的範圍內，給予實驗結果和相關理論表述一個合理的解釋。換句話說，它試着回答一個問題：這些奇妙的實驗結果到底有什麼意義？
哥本哈根詮釋主要是由尼爾斯·玻爾和海森堡於1927年在哥本哈根合作研究時共同提出的。此詮釋延伸了由德國數學家、物理學家馬克斯·玻恩所提出的「波函數的機率表述」，之後發展為著名的不確定原理。他們所提的詮釋嘗試要對一些量子力學所帶來的複雜問題提出回答，比如波粒二象性以及測量問題。此後，量子理論中的機率特性便不再是猜想，而是作為一條定律而存在了。量子論以及這條詮釋在整個自然科學以及哲學的發展和研究中都起着非常顯著的作用。
哥本哈根詮釋給予了量子系統的量子行為一個精簡又易懂的解釋。1997 年，在一場量子力學研討會上，舉行了一個關於詮釋論題的意向調查[1]，根據這調查的結果，超過半數的物理學家對哥本哈根詮釋感到滿意；第二多的是多世界詮釋。雖然當前的傾向顯示出其它的詮釋也具有相當的競爭力，在二十世紀期間，大多數的物理學家都願意接受哥本哈根詮釋。
概論
由於哥本哈根詮釋是由幾位物理學家的觀點所構成的，哥本哈根詮釋並不是一句話就可以論定的[2]。著名的以色列物理學家 Asher Peres 在一篇論文中，特別提到，有兩位物理學家，對於哥本哈根詮釋，給予了有如天壤之別的定義[3]。
哥本哈根詮釋包含了幾個重要的點子。
一個量子系統的量子態可以用波函數來完全地表述。波函數代表一個觀察者對於量子系統所知道的全部資訊。
基本上，量子系統的描述是機率的。一個事件的機率是波函數的絕對值平方。（馬克斯·玻恩）
不確定性原理闡明，在量子系統裏，一個粒子的位置和動量無法同時被確定。（海森堡）
由於物質具有波粒二象性，根據互補原理（Complementarity principle），一個實驗可以展示出物質的粒子行為，或波動行為；但不能同時展示出兩種行為。（尼爾斯·玻爾）
測量儀器是經典儀器，只能測量經典性質，像位置，動量等等。
對應原理：大尺度宏觀系統的量子物理行為應該近似於經典行為。（尼爾斯·玻爾與海森堡）
波函數的意義
哥本哈根詮釋不認為波函數除了抽象的概念以外有任何真實的存在。至少，對於波函數是否是一個獨立，可區別的實體的整體或一部分，哥本哈根詮釋都不做任何表態。
有些物理學家主張，哥本哈根詮釋的客觀版本允許真實的波函數。但是，這觀點是否與實證主義相符合，是否與玻爾的論點相符合，還是個問號。尼爾斯·玻爾強調，科學只注重實驗結果的預測，任何其它額外的命題都是不科學的，屬於玄學範圍。玻爾深深地受到實證主義影響。換個方面，玻爾和海森堡兩個人的見解也不完全相同。有些時候，他們的觀點有相當大的分歧。特別地，海森堡非常傾向實在論[4]。
即使波函數不被視為真實的，也仍舊可以找到至少兩派意見不同的物理學家，主觀派認為波函數只是一個計算實驗機率的數學工具，沒有別的意義。不可知派則認為波函數是不可知的，對於波函數不表示任何態度。
Carl Friedrich von Weizsäcker 是不可知派一位著名的物理學家。在參與一個劍橋大學的學術報告會時，他否認哥本哈根詮釋主張不能被觀察到的事物絕對不存在。他提出哥本哈根詮釋所信奉的原理是：能被觀察到的事物當然存在，而不能被觀察到的，我們仍舊可以自由地做適當的假設。我們利用這個自由來避開弔詭[5]。
波函數塌縮
每一種版本的哥本哈根詮釋，都會包括在內一個正式版本的波函數塌縮。藉着這塌縮，未測量到的本徵值會被刪除。塌縮後的波函數是對應於測量到的本徵值的本徵態。（換句話說，哥本哈根詮釋從來不曾否定塌縮這概念。甚至在量子力學早期，也沒有像多世界詮釋的擁護者一樣地否定塌縮。）波函數牽涉到一個事件會走向各種可能的結果的機率。可是當其中一種結果變為事實，其它的結果就不可能存在於真實世界。
設定一個電子，通過一個雙縫實驗儀器，那麼，這電子抵達於偵測屏障的地點，這位置是機率性的，相依於電子的量子態。可是，一當電子抵達了偵測屏障的某一點，電子不可能再跑到別的點，抵達別的點的機率是零。多世界詮釋認為電子會抵達任何它可能抵達的地點。每一種可能都發生於一個分離的宇宙。
哥本哈根詮釋的見解
通過思考一些實驗與弔詭，可以進一步地了解哥本哈根詮釋的內涵：
薛定諤的貓
將一隻貓放入一個配備了放射性物質，輻射偵測器（蓋革計數器）和毒氣桶的盒子。假設，在一段時間T內，放射性物質有50%的機率發射出一個粒子，也有50%的機率保持不變。再假設放射性物質發射出的任何粒子，都可以被蓋革計數器偵測到。在這一段時間T內，假若蓋革計數器偵測到任何粒子，毒氣桶釋放毒氣的機制就會被啟動。釋放出毒氣來毒死盒子裏的貓；否則，假若放射性物質保持不變，那麼，貓仍舊會是活的。薛定諤設計出這個荒謬的實驗。在時間t=T，整個系統的波函數 會是各佔一半機率的活貓與死貓，目不忍睹地混雜在一起： [6]。而當觀察者一掀開盒蓋，想要觀察到底貓是活的還是死的，這時候，波函數 立刻會塌縮成活貓波函數 或死貓波函數 。假若貓是死的，我們可以說貓是被觀察者的觀察這動作殺死的。
哥本哈根詮釋：我們要區分清楚微觀系統和宏觀系統。在這個弔詭裏，放射性物質放射出的粒子的行為是一個微觀系統；而貓的生死則是一個宏觀系統。針對微觀系統的部分，我們可以用兩個量子態的線性組合，來描述放射性物質是否發射出一個粒子，這是一個微觀系統的量子行為。
雙縫實驗
在雙縫實驗裏，照射單色光在一座有兩條狹縫的不透明擋牆。在擋牆的後面設立了一個偵測屏障。在偵測屏障上可以觀察到干涉圖案。現在，在這實驗裏，裝上一台狹縫偵測器，能夠偵測到光子的行蹤，光子會經過兩個狹縫中的那一個狹縫？可是，當我們將狹縫偵測器打開後，我們所熟悉的干涉圖案，就會消失不見，改變成另外一種圖案。偵測這個動作，涉及了光子與狹縫偵測器之間的交互作用。這改變了光子的量子態。請問這該作怎麼解釋？
哥本哈根詮釋：我們不應該推斷在數學公式與實驗結果以外的任何涉及量子尺寸的理論。除了光子發射的時間與抵達偵測屏障的時間以外，在任何其它時間，我們不能夠確定光子的位置。為了要確定光子在某個其它時間的位置，我們必須偵測到它。可是，一當我們偵測到光子在某個其它時間的位置，我們也改變了光子的量子態，干涉圖案也因此受到影響。所以，在發射的時間與抵達偵測屏障的時間之間，我們不能測試光子的位置。我們只知道，在發射的時候與抵達偵測屏障的時候，光子是存在的。在其它時間，光子完全地跟我們的宇宙失去了連絡。在雙縫實驗裏，到底發生了甚麼狀況，我們無從得知。
一個光子，從被太陽發射出來的時間，到抵達我們的視網膜，引起視網膜的反應的時間，在這兩個時間之間，我們完全不知道，發生了什麼關於光子的事。或許這論點並不會很令人驚訝。可是，雙縫實驗發現了一個很值得注意的結果，假若，我們試着確定光子在發射點與偵測屏障之間的位置，我們也會改變雙縫實驗的結果。假若，我們用狹縫偵測器，來偵測光子會經過兩個狹縫中的那一個狹縫，則原本的干涉圖案會消失不見。
仔細的推理，應用於我們累積的日常宏觀經驗裏所發生的事件，告訴我們，一個粒子必須通過兩條狹縫之中的一條狹縫。實驗告訴我們，必須有兩條狹縫才能產生干涉圖案。假設有一個狹縫偵測器，能夠讓我們知道，在抵達偵測屏障之前，粒子的位置。這狹縫偵測器的使用，會使展示於偵測屏障的干涉圖案消失不見。令人費解地，假若，在光子抵達偵測屏障之前，我們又將這狹縫偵測器所測得的資料摧毀，那麼，干涉圖案又會重現於偵測屏障（參閱 量子擦除實驗，quantum eraser experiment）。
EPR弔詭
在一個衰變事件中，一個自旋為零的粒子衰變為兩個粒子。這兩個量子糾纏的粒子被發射出去。守恆定律確保，假設測量這兩個粒子的自旋，那麼，其中一個粒子的測量值，必是另外一個粒子的測量值的負值。因此，假設一位觀察者測量到其中一個粒子的自旋，瞬時，這觀察者也知道另外一個粒子的自旋。EPR 弔詭最使人困惑的地方就是這瞬時效應。在星系的這一端發生的事件瞬時地透露出星系的那一端發生的事件。但是，根據狹義相對論，任何含資訊的訊號或物理實體的移動速度，都不能超過光速。所以，看起來似乎哥本哈根詮釋與狹義相對論不符合。
哥本哈根詮釋：假設波函數不是實值的。當觀察者測量到其中一個粒子的自旋的瞬時，他就知道另外一個粒子的自旋。可是，假設他立刻將這訊息傳遞給另外一個粒子的觀察者，這訊息傳遞的速度，絕對不會高於光速。
有些物理學家主張波函數是實值的。在這裏就會會遇到極大的困惑。因為實值的波函數意味着訊息傳遞的速度高於光速。但多世界詮釋和交易詮釋[7]的支持者堅持他們的理論是非局部性的。
一個強而有力的論點是，EPR效應違背了訊息傳遞速度不能超過光速這條件。但EPR效應並不能用來傳遞訊號。因為兩位觀察者都不能控制或預先確定他們會觀察到的現象，也不能操縱或影響對方的測量。絕對不會有違背因果律的事件發生。所以，我們可以避免這論點所造成的困難。
評論
完備性
回應哥本哈根詮釋第一論點，量子力學到底是不是一個完備的理論？是否需要額外隱藏的變數來解釋？EPR 弔詭的設計原本的目的之一，就是要凸顯這問題。這弔詭使得物理學家對於量子力學的完備性產生很大的疑問。1964 年，約翰·貝爾（John Bell）發表了非常重要的貝爾不等式（Bell inequality），證明了地域性隱變數不可能存在。然而, 非地域性的隠變數詮釋仍未被推翻。
測量的定義
哥本哈根詮釋給予了測量步驟很特別的角色。可是，它並沒有清楚地定義這角色，也沒有解釋會產生的特別效應。海森堡在一篇文章《Criticism and Counterproposals to the Copenhagen Interpretation of Quantum Theory》中強調，
當然，觀察者的介入，不應該被曲解地意味，那自然的描述將會蘊染到一些主觀特色。觀察者的職責只在登記決定，也就是說，登記發生於空間和時間的事件。重點並不是觀察者是否是儀器或是人，而是事件的登記，在這裏，從可能到真實這變遷事件是絕對必要的，一定不能夠從量子理論的詮釋中被忽略。 ——Heisenberg，於《Physics and Philosophy, p. 137》 |
偶然性的含義
與古典物理不同的是，在量子物理中所有涉及的測量值都不可以明確地預測。比如在古典物理的牛頓力學中，對一輛直線行駛中的汽車而言，從初始速度和加速度以及初始位置，我們可以計算出汽車在一定時間之後的位置及速度。然而在量子物理中，我們不可能求得在一定時間內量子粒子的明確位置與速度。取而代之，我們可以通過機率（偶然性）來預測它的位置與速度。這個看起來十分牽強的理論確實曾經遭受到不少的批判。愛因斯坦在這個理論剛被提出時曾說：「上帝不通過擲骰子來做決定。」
量子物理中的經典測量
史蒂文·溫伯格在《愛因斯坦的錯誤》這篇文章中[8]，談到哥本哈根詮釋對於測量的處理：
量子經典詮釋的玻爾版本有很大的瑕疵。但是，原因並不是如同愛因斯坦所想像的。哥本哈根詮釋試着描述，當觀察者測量時，所發生的狀況。哥本哈根詮釋經典地處理觀察者與測量這動作。這種處理方法肯定的不對：觀察者與他們的儀器也得遵守同樣的量子力學規則，就好像宇宙的每一個量子系統都必須遵守量子力學規則。這些規則表達於可以完美確定地演化的波函數（或，更精確地，態向量）。問題是，哥本哈根詮釋的機率規則到底是從哪裏來的？
最近幾年，關於這問題的解答，物理學家有相當大的進展。在這裏，我不能詳細說明。稍微提示一點應該就足夠了。玻爾和愛因斯坦都沒有聚焦於真正的問題。哥本哈根詮釋明顯地可以解釋量子系統的量子行為。但是，哥本哈根詮釋並沒有達成解釋的任務，那就是，應用波函數演化的確定性方程式（薛定諤方程式）於觀察者和他們的儀器。量子力學的機率性並不是難處，我們必須試着與之共存。真正的難處是量子力學的確定性，更精確地說，量子力學將機率的詮釋與確定的動力學結合在一起。 ——Steven Weinberg，於《Physics Today, Nov. 2005, p. 31》 |
在量子宇宙論領域裏，關於量子系統的測量問題，假若採取經典方法來處理，會遇到更嚴峻的困難。因為，在這裏，量子系統就是宇宙[9]。
別種詮釋
系綜詮釋（ensemble interpretation）與哥本哈根詮釋類似。系綜詮釋專門詮釋多粒子波函數。一致性歷史詮釋（consistent histories）宣傳自己是哥本哈根詮釋的修正。意識導致波函數塌縮（consciousness causes collapse theory）時常會被錯認為哥本哈根詮釋。
假若，波函數真實地存在，而塌縮完全地被否認。那麼，結果就是多世界詮釋。假若，波函數塌縮被認為是真實的，則會得到客觀塌縮理論（objective collapse theory）。有些物理學家主張隱變數理論（hidden variable theory），波函數並沒有完備地描述量子態。
許多物理學家贊成量子力學的不可詮釋。引述 David Mermin 的名言[10]來概括，「閉嘴，計算！」，因此又稱為閉嘴計算詮釋。
參考文獻
| 1. | [http://arxiv.org/abs/quant-ph/9709032v1 Tegmark, M. (1997), The Interpretation of Quantum Mechanics: Many Worlds or Many Words? |
| 2. | 事實上，對於量子力學的數學表述的了解，玻爾和海森堡從來沒有完全達成共識。他們也從來沒有使用哥本哈根詮釋這術語來總括他們的想法。曾經有一次，對於海森堡的更主觀的詮釋，玻爾並不贊同，因此試着與之保持距離。Stanford Encyclopedia of Philosophy |
| 3. | 哥本哈根詮釋的各種各樣不同版本，似乎不少於使用哥本哈根詮釋這術語的人，也許可能更多。例如，在兩篇關於基礎量子力學的權威性論文裏，Ballentine (1970) 與 Stapp Stapp(1972) 給予了「哥本哈根詮釋」完全不同的定義。 A. Peres, Popper's experiment and the Copenhagen interpretation, Stud. History Philos. Modern Physics 33 (2002) 23, preprint |
| 4. | 海森堡試着將量子理論的基礎，完全建立於可以觀察的物理量，像光譜線強度，除去所有倚賴直覺的概念，像粒子在時間-空間的軌道。可是，隨着不確定原理的發表，他的態度有了180度的轉變。他提出一個驚人的觀點，不確定原理決定什麼可以被觀察到，什麼不可以被觀察到。他從實證主義到實演主義 (operationalism) 的轉變，可以被理解為對於薛定諤波動力學的出現的一個反應。薛定諤波動力學，因為它的直覺性，受到物理學家熱烈的歡迎。因此，海森堡在他的一篇論文的題目裏，也放入直覺這名詞。Kiefer, C. On the interpretation of quantum theory – from Copenhagen to the present day |
| 5. | John Cramer on the Copenhagen Interpretation |
| 6. | Erwin Schrödinger, Proceedings of the American Philosophical Society, 124, 323-38. |
| 7. | Relativity and Causality in the Transactional Interpretation |
| 8. | 由於所有的觀察者都自然地處於宇宙的範圍以內，物理學家必須想出一種量子理論的詮釋，而這詮釋在最基本的層級絕對不能涉及經典領域。Kiefer, C. On the interpretation of quantum theory from Copenhagen to the present day |
| 9. | N. David Mermin. Could Feynman Have Said This?. May, 2004 [2009-02-12] （英文）. |
| 10. | J.A. Wheeler & W.H. Zurek (eds) , Quantum Theory and Measurement, Princeton University Press 1983 |
玻爾-愛因斯坦論戰是阿爾伯特·愛因斯坦和尼爾斯·玻爾之間關於量子物理的一系列著名的爭論。這兩個人，和馬克斯·普朗克一起，是舊量子論的奠基者。他們之間的爭論也因為他們對於物理學的重要性而被載入史冊。愛因斯坦認為，物理學應該能告訴他在公式背後的真實世界發生了什麼。而玻爾只對公式本身感興趣而不關心那潛在的現實世界中的事件。[1]
愛因斯坦對於量子力學的持續而有力的批評促進了量子力學的發展，它迫使量子力學的支持者們加深了他們對量子力學的科學和哲學意義的理解。
革命前的爭論
愛因斯坦是的第一個意識到普朗克關於量子的發現將要改寫整個物理學的物理學家。為了證明他的觀點，在1905年，他提出光的行為有時像粒子，他稱這些粒子為「光量子」，現在這個詞被稱為光子。但是當時的觀點認為光是一種電磁波。這個假說導致了光同時具有粒子和波的特性。玻爾一直是光量子假說的最堅定的反對者之一，直到1925年他才接受這個觀點。[2]玻爾後來創造性的成就卻基於一個被他長期反對的觀點，這在科學史中極其少見。愛因斯坦支持光子的觀點是因為他把它看作數字背後的事實（雖然這個事實非常令人困惑）。玻爾反對這個觀點是因為它使得科學家必須從兩套數學公式中選擇。[3]
1913年的玻爾模型成功的使用量子解釋了原子光譜。愛因斯坦剛開始很懷疑，但很快就接受了它。玻爾模型使得現實無法被詳細地描述，但是愛因斯坦容忍了這個缺點，只因為愛因斯坦認為它還沒有完成。確實，這個模型需要電子能夠從一個軌道跳躍到另一個軌道（在獲得能量時遠離原子核而以光子的形式釋放能量時靠近原子核）但並不經過兩個軌道之間的空間。但是這只是一個偉大的開端，時間會洗清這一切，就像時間洗清了光的波動性和粒子性的矛盾。他認為物理學需要一場革命來解決量子的不連續。
量子力學革命
20世紀20年代的量子力學革命在愛因斯坦和玻爾的研究方向上展開了，而革命後愛因斯坦和玻爾的爭論也是關於如何理解這些改變。這場革命對愛因斯坦的第一個衝擊是1925年維爾納·海森堡提出了矩陣力學，因此就徹底地廢除了牛頓力學中的經典元素。下一個衝擊是1926年馬克斯·玻恩提出量子力學應該被理解為沒有任何因果聯繫的機率。最後，在1927年年底，海森堡和玻恩在索爾維會議中宣布革命結束，量子力學已經不需要更多東西了。在這最後關頭，愛因斯坦的態度從懷疑變成了沮喪。他相信量子力學已經完成了，但是力學為什麼是這樣的，這仍然需要理解。[4]
愛因斯坦拒絕接受量子力學的革命成果反應出他不能接受不確定性原理：粒子在時空中的位置永遠不能被準確地測量，因為量子不確定性的機率不會產生任何確定的結果。他並不是排斥統計和機率本身，而是因為量子力學的理論缺乏足夠的理由。[5]而玻爾當時並沒有被這些問題所困擾，他強調了觀察者的觀察的重要性，提出了互補原理來解決這個矛盾。[6]
第一階段就像上面所說的那樣，愛因斯坦的觀點隨着時間的流逝發生了些重要的變化。剛開始，愛因斯坦拒絕接受量子的非決定論，他一直在尋找一個解釋從而能夠不遵守不確定性原理。他設計了一些很優秀的思想實驗來尋找能夠同時準確測量兩個不相容的物理量（如位置和速度），或者在同一個過程中同時明確地表現出波和粒子的性質。
愛因斯坦對正統的量子力學概念的第一次攻擊發生在1927年的第五次索爾維會議。愛因斯坦指出應該如何利用動能和動量轉化的定理來獲得在干涉的過程中粒子的狀態的信息，而根據不確定性原理和互補原理這是不可能做到的。
為了理解愛因斯坦的疑問和玻爾的答覆，請看圖A中的實驗器械。一束光垂直於X方向進入S1上狹窄（相對於波長）的裂縫。通過裂縫後，波發生了繞射使它能夠通過S2的兩個裂縫。接下來，光波在最終的螢幕F上顯示出干涉條紋。
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/86/Ebohr1_IP.svg/600px-Ebohr1_IP.svg.png 2x"> 圖A：一段單色光（其中所有粒子都有相同的動量）通過S1並繞射，繞射出的波再通過S2中的兩條縫隙，最後在F上顯示出干涉圖像。在同一時刻只有一個粒子能通過整個設備。根據愛因斯坦，通過測量S1的反衝，我們能夠知道粒子通過了哪一個裂縫，但又不破壞掉整個過程中的波的繞射。
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薛定諤的貓（英語：Erwin Schrodinger's Cat）是奧地利物理學家埃爾溫·薛定諤試圖證明量子力學在宏觀條件下的不完備性而提出的一個思想實驗。實驗內容如下：
把一隻貓放進一個封閉的盒子里，然後把這個盒子連接到一個包含一個放射性原子核和一個裝有有毒氣體的容器的實驗裝置。設想這個放射性原子核在一個小時內有50％的可能性發生衰變。如果發生衰變，它將會發射出一個粒子，而發射出的這個粒子將會觸發這個實驗裝置，打開裝有毒氣的容器，從而殺死這隻貓。根據量子力學，未進行觀察時，這個原子核處於已衰變和未衰變的疊加態，但是，如果在一個小時後把盒子打開，實驗者只能看到「衰變的原子核和死貓」或者「未衰變的原子核和活貓」兩種情況。 現在的問題是：這個系統從什麼時候開始不再處於兩種不同狀態的疊加態而成為其中的一種？在打開盒子觀察以前，這隻貓是死了還是活着抑或半死半活？這個實驗的原意是想說明，如果不能對波函數塌縮以及對這隻貓所處的狀態給出一個合理解釋的話，量子力學本身是不完備的。 |
這個思想實驗的意義是，將量子理論從微觀領域帶到了宏觀領域，而導出和一般常識相衝突的結果。根據哥本哈根學派的解釋，當觀察者未打開盒子之前，貓處於一種「又死又活」的狀態，該狀態可以用一個波函數來描述，而波函數可由薛定諤方程式解出。一旦觀察者打開盒子觀察，波函數會坍塌，貓呈現在觀察者面前的只會是「生」或「死」的狀態之一。這導致了對世界客觀性和人意識的作用的討論。
根據多世界理論，當觀察者打開盒子的一刻，世界會分裂成多個世界，而觀察者只能進入眾多的世界其中的一個，而觀察結果就因此只有一個，貓是「生」或「死」。而在其他世界裡貓的狀態會由薛定諤方程式決定。其生存的機率越大，貓倖存下來而處於其中的世界的數目就越多。
薛定諤的貓可被視為一個佯謬，由「不確定」的衰變－檢測器－毒藥－貓的生死構成一條因果鏈，將量子的不確定與宏觀物質（貓的生死）的不確定性聯繫起來，而根據日常經驗，無論我們是否觀察，貓的狀態必為生或死中之一。
對本實驗的詮釋
自薛定諤的時代開始，人們提出了很多其它的對薛定諤的貓問題的量子力學詮釋，它們對疊加態存在的時長和波函數什麼時候（或是否）塌縮給出了不同的答案。
哥本哈根詮釋
量子力學詮釋中最被普遍支持的是哥本哈根詮釋。[1]按照哥本哈根詮釋，當觀察發生時，系統不再處於疊加態而成為兩者之一的一種狀態。這個實驗清楚地表明了這個詮釋中測量，或觀察的概念是不清晰的。這個實驗可以被解釋為，當盒子關閉的時候，系統同時存在於「衰變的原子/死貓」和「未衰變的原子/活貓」的疊加態，只有當盒子被打開，實施觀察時，波函數塌縮為兩者的一種狀態。
然而，一位與哥本哈根詮釋有密切聯繫的主要的科學家，尼爾斯•玻爾，從來都不認同觀察引起的波函數塌縮，所以薛定諤的貓對他來說並不是什麼迷。貓在盒子被一個有意識的觀察者打開之前早就是活的或死的了。[2]對真實實驗的分析顯示，測量本身（如用一個蓋格計數器）就已經能夠在一個有意識的觀察者對測量結果進行觀察之前，使量子波函數塌縮。[3]「觀察」在原子放射出的粒子擊中探測器時就已經發生的看法可以被發展成為客觀塌縮理論。相反，多世界理論否認塌縮出現過。
多世界理論和一致性歷史
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c8/Schroedingers_cat_film.svg/700px-Schroedingers_cat_film.svg.png 2x"> 開盒的一刻世界分裂說
1956年，休·艾弗雷特提出了量子力學的多世界詮釋，它不把觀察作為一個特殊的過程。按照多世界詮釋，當盒子被打開後，貓的活和死的狀態都延續了下來，但互相發生了去相干。換句話說，當盒子被打開的時候，觀察者和貓分裂成了一個觀察者看着盒子里的一隻死貓，和一個觀察者看着盒子里的一隻活貓。但是自從死和活的狀態去相干發生以後，它們之間就不再具有有效的信息交流或交互作用。
當觀察者打開盒子，觀察者就和貓發生了糾纏，所以「觀察者狀態」與貓的死活的對應關係就形成了；每個觀察者狀態與貓發生了糾纏或纏結，所以「對貓狀態的觀察」和「貓的狀態」相互對應。量子去相干保證了不同的結果之間沒有交互作用。同樣機制的量子去相干對一致性歷史角度的詮釋也很重要。在這個詮釋中，只有「死貓」或「活貓」可以作為一致性歷史的一部分。
羅傑·潘洛斯對此的批評：
"我想讓大家清楚，這遠遠不是解決貓佯謬的辦法。因為量子力學的形式主義中沒有什麼東西要求一個意識狀態不能牽涉同時的對活貓和死貓的感知。"[4]
雖然主流的觀點（並非一定贊同多世界）認為去相干是避免這樣同時的感知的機制。[5][6]
宇宙學家馬克思·特格馬克提出了一個薛定諤的貓實驗的變體，量子自殺機。它從那隻貓的角度考察了薛定諤的貓的實驗，並提出用這種方式，一個人也許能夠辨別哥本哈根詮釋與多世界。
系綜詮釋
系綜詮釋指出疊加態僅僅是一個更大的統計系綜的一部分。態向量並不適用於單個的貓實驗，而僅僅適用於被類似準備的許多貓實驗的統計。這種詮釋的支持者說這使得薛定諤的貓佯謬成為了一個沒有意義的，不是問題的東西。
這種詮釋有利於人們拋棄量子力學中單個物理系統總有一個與之對應的數學描述的觀點。
相關詮釋
相關詮釋沒有對人類實驗者、貓或儀器，或者生命系統與非生命系統之間做本質之上的區分；都是遵循相同的波函數演化定律的量子系統，都可以被認為是「觀察者」。但相關詮釋允許不同的觀察者可以對相同的系列事件給出不同的描述，這些描述取決於它們所擁有的關於這個系統的信息。[7]貓可以被認為是儀器的一個觀察者；同時，實驗者可以被認為是盒內系統（貓加儀器）的另一個觀察者。在盒子被打開之前，貓，因其天然地有生或死，擁有了對儀器狀態（原子是否衰變）的信息；但實驗者並沒有關於盒內之物的信息。這樣，兩個觀察者同時對當前的情形有了不同的描述：對貓來說，儀器的波函數表現為「塌縮」；對實驗者來說，盒內之物表現為疊加態。直到盒子被打開，兩個觀察者擁有了對於發生了什麼的相同的信息，兩個系統狀態才表現為「塌縮」成同樣確切的結果，一隻貓是活的或是死的。
客觀塌縮理論
根據客觀塌縮理論，疊加態在某些客觀的物理閾值（時間、質量、溫度、不可逆性等）達到的時候會自發地被破壞。因此，貓會在盒子被打開以前早就處在一個確切的狀態。這可以被不嚴謹地說成「貓觀察它自己」或「環境觀察貓」。
客觀塌縮理論要求對標準量子力學做一些修改以允許疊加態的破壞在時間演化過程中被允許。
參考資料
| 1. | Hermann Wimmel. Quantum physics & observed reality: a critical interpretation of quantum mechanics. World Scientific. 1992: 2 [9 May 2011]. ISBN 9789810210106. |
| 2. | Faye, J. Copenhagen Interpretation of Quantum Mechanics. Stanford Encyclopedia of Philosophy. The Metaphysics Research Lab Center for the Study of Language and Information, Stanford University. 2008-01-24 [2010-09-19]. |
| 3. | Carpenter RHS, Anderson AJ. The death of Schroedinger's Cat and of consciousness-based wave-function collapse. Annales de la Fondation Louis de Broglie. 2006, 31 (1): 45–52 [2010-09-10]（原始內容存檔於2006-11-30）. |
| 4. | Penrose, R. The Road to Reality, p 807. |
| 5. | Wojciech H. Zurek, Decoherence, einselection, and the quantum origins of the classical, Reviews of Modern Physics 2003, 75, 715 or [1] |
| 6. | Wojciech H. Zurek, "Decoherence and the transition from quantum to classical", Physics Today, 44, pp 36–44 (1991) |
| 7. | Rovelli, Carlo. Relational Quantum Mechanics. International Journal of Theoretical Physics. 1996, 35: 1637–1678. doi:10.1007/BF02302261. Bibcode 1996IJTP...35.1637R. |
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注冊日期 : 2012-11-06
