假如将一只猫置于一个密闭的盒子内，里面安放了一个在一定时间里有50%几率毒死猫的装置，当到达这个时间后猫是活的还是死的？常识告诉我们猫不是活的就是死的，但是根据量子物理，在打开盒子之前猫既是活的也是死的，也就是猫处于生与死的叠加状态（superposition)。换句话说，在那个打开盒子的事件发生之前，猫是以多种可能性的波函数的形式存在的。当盒子被打开的事件发生后，它才变成了一个确定的对象。这就是著名的思想实验“薛定谔的猫”。网上讹传这是薛定谔为了讽刺量子叠加而做的思想实验，然而两个波函数满足同一薛定谔方程，那么它们的线性叠加也满足相同的薛定谔方程，是薛定谔方程描述的该微观系统中的一个可能的量子状态，这就是量子态叠加原理。薛定谔只是不同意哥本哈根量子学派中把“观察”变成一个神秘的变量(下面还会讲到观测者原理)，并不是否定叠加原理。

      叠加态原理是量子力学中一个基本原理，而量子力学是描述微观物质的理论，与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱。它们研究的是光，什么是光？早期关于光的研究分为两个派别，在300多年的时间里波动派和粒子派争论不休。最早是由荷兰物理学家惠更斯提出光的波动理论，他解释了光波如何形成波前直线传播，但是该理论不能解释光波穿过孔径或狭缝时会偏离直线的衍射效应。后来牛顿又提出了光的微粒说，牛顿认为光是由微小的粒子组成，这样他能很容易解释反射现象，但是对于光的折射（refraction）与衍射（diffraction）性质，牛顿的解释也无法让人满意。不过由于牛顿无与伦比的学术地位，他的粒子理论在一个多世纪内无人敢于挑战。

       直到1801年，托马斯·杨发明了大名鼎鼎的杨氏双缝干涉实验。这个实验非常简单，就是将一束光穿过两条缝隙，再观测它的投影。如果光是粒子，投影就会出现两条竖杠，如果光是一种波，那投影就会出现类似水波的干涉条纹。托马斯·杨的实验结果证实了光具有波动性质，因为光的投影是明显出现了干涉条纹。但是光波派和粒子派还是争论不休，双方都有一套理论和证据，谁也说服不了谁。

      1900年德国物理学家普朗克提出辐射量子假说，发现黑体辐射定律，首次提出了能量的不连续性，从此打开了量子力学的大门。1905年爱因斯坦引进光量子的概念成功地解释了光电效应，人们开始意识到光具有波和粒子的双重性质。光电效应是人类在理解量子世界的道路上迈出的第二步，爱因斯坦也因此获得了1921年的诺贝尔物理学奖，注意爱因斯坦得诺贝尔奖是因为量子力学而不是相对论。1909年匈牙利出生的美国物理学家泰勒设计并完成了一个非常精制的单光子双缝实验。将一颗一颗的光子发射到一块挡板的两条缝隙，按理说单颗的光子应该会在双缝后面的投射屏上形成两条竖杠，但投射屏上却出现了波性质的干涉条纹，因此这个实验没有解开波动派和微粒派的矛盾。后来微观探测器的发明再一次升级了这个实验，就是在双缝的旁边放上摄像头，观测光子到底经过了哪条缝隙，这时发现每个光子都是只经过了左缝或右缝，并且在投射屏上形成了粒子性质的两条竖杠。但是把摄像头关闭后，投射屏又出现了波性质的干涉条纹，也就是光是波还是粒子是由观测或不观测决定的，这个现象就是量子力学的观测者原理。丹麦物理学家玻尔和德国物理学家海森堡提出了哥本哈根诠释来解释量子力学，玻尔认为微观世界的本质就是不确定的，不能用宏观世界的决定论去理解量子世界。

      量子力学还有一个令人不可思议的就是量子纠缠现象（entanglement）。如果两个粒子的特性类似且距离够近它们就会发生纠缠，然后不管将这两个纠缠状态的粒子分开多远，即使将其中一个放在月球，只要观测其中一个如果它的自旋向上，那么另外一个必然向下，而在没有观测之前则是处于向上或向下的叠加态，并且它们之间的这种互动相互联系是超越时间和空间的。网上有人说爱因斯坦不能接受量子理论，说什么他坚持认为客观世界一定遵循决定论并告诉玻尔上帝不会掷骰子。其实这是讹传，如果爱因斯坦不支持量子物理，他怎么会因为光电效应而获得诺贝尔奖？当你掷出一个骰子，它在旋转的时候就像一个量子叠加的状态。在量子领域，这个骰子永远处于旋转状态，而人们的观测就像是你用手去拍这枚骰子使它停止旋转的动作。玻尔等人相信，当我们去观测这些微粒子的时候，它们就会从叠加态坍缩到本征态，也就是有一个确定的属性。爱因斯坦不能接受量子力学中的纠缠理论，认为它违反了相对论所设定的对于信息传递的速度的极限，也就是光速。爱因斯坦认为没有东西可以违背局域性原理，就是一个地方发生的事件不可能超光速影响到另外一个地方，他讥讽量子纠缠为鬼魅般的超距作用，他确信量子理论并不完整，一定是存在什么隐藏的变量。爱因斯坦认为电子纠缠状态是在它们分开的时候就确定好了的，不存在远程联系。怎么用实验证明孰是孰非呢？后来还出现了一个关键性的人物，他就是爱尔兰物理学家约翰·贝尔，他比较赞同爱因斯坦的观点，以玻尔为首的哥本哈根派的理论是错的。但是他的想法却被自己提出的贝尔不等式推翻了。

      在薛定谔提出神秘的量子纠缠89年后（薛定谔是1933年诺贝尔物理学奖得主）2022年诺贝尔物理学奖授予奥地利物理学家安东·蔡林格，他与法国的阿兰·阿斯佩（Alain Aspect)和美国的约翰·克劳泽（John Clauser)分享了该奖项。该奖项是对实验量子物理学和量子纠缠领域杰出成就的认可。他们的实验证明，纠缠量子粒子之间的联系不是由于局部的“隐藏变量”这些未知因素将两种结果无形地联系在一起的。相反，纠缠结果形成了一种真正的联系，在这种联系中，操纵一个量子物体会影响另一个量子物体，不管他们分离的距离如何。这个实验基本证明了爱因斯坦是错误的，也是必将量子纠缠从理论推向应用的里程碑。

     量子纠缠很难被理解但这就是微观世界的运行规律。试想一下如果人像微观粒子一样运动，你真的能穿越时空，充满了无数可能性。然而我们每个人包括整个宇宙都是由原子和粒子构成的，为何我们感觉都处于一个确定的状态？有些人便提出了平行世界的概念，认为无数种可能性都真实发生在无数个平行世界之中，也有科学家提出超弦理论，认为量子纠缠就是粒子在高维空间的三维投影，也就是相互纠缠的粒子在高维空间中本来就是一个整体，只是投影到了三维空间中的不同位置。这些概念现在都无法得到验证，或许现实世界的真相比我们所想的更加宏伟，有太多的不可思议和神秘等着科学家们去解答。