深度长文:量子世界里,观测为何会导致“波函数”坍缩?

深度长文:量子世界里,波函数观测为何会导致“波函数”坍缩?

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2、观测等等,为何不要因为这三个字就转身离开,致坍甚至开始“骂街”。波函数对于量子力学,深度缩科学家们不知道的长文太多了,不仅仅有波函数坍缩。量世但是界里对于波函数坍缩,科学家们目前了解的观测程度比普通人要更多。量子力学,为何本来就是一个完全违背我们传统认知的学科。

3、虽然人类对量子力学的探索已经有一百多年的历史,但至今我们都无法弄清楚量子力学的底层逻辑到底是什么。量子世界里的微观粒子,与我们平时看到的宏观物体的行为特征有本质不同,我们并不能同时描述出微观粒子准确的位置和速度信息,只能用概率去描述,我们可以用概率波描述微观粒子的状态,而这里的概率波其实就是波函数。量子力学中有很多基本公设,可以用来完备地描述微观粒子的运动状态,而波函数就可以完全定义微观粒子的所有运动状态,也就是量子态。

4、而研究微观粒子的量子态时,不可避免地要进行观测,也就是说,当我们观测量子系统时,到底会看到什么样的结果。我们观测微观粒子的行为时,会观测到微观粒子的速度,位置,角动量,能量等各种信息,这些信息统称起来就是微观粒子的量子态信息。

5、其实,量子力学就是围绕两大问题展开的。第一,在某个给定的初始状态基础上,我们该如何预测未来某个时刻微观粒子的量子态。第二,对某个系统的量子态进行观测,我们会得到什么样的结果。或者得到某种结果的概率有多大。

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1、第一个问题其实就是系统的演化问题,而第二个问题就是观测问题。而在目前的量子力学里,这两个问题都有一个约定好的公设,这两个公设分别是:薛定谔方程和玻恩规则。除此之外,还有一个公设可以把上面两个公设紧紧结合在一起,那就是我们今天讨论的重点:波函数坍缩。

2、下面就来具体讲述一下上面三个公设。首先是薛定谔方程。这个方程看起来并不复杂,但公式中的符号并不是我们熟悉的,其实我们没有必要具体了解薛定谔方程,只需要知道它的地位就行了。薛定谔方程在量子世界的地位,就相当于牛顿第二定律在经典物理学中的地位一样。

3、牛顿第二定律是描述宏观物体运动规律的,而薛定谔方程是量子世界的基石,用来描述微观粒子的运动规律,具体来讲就是描述微观粒子的“波函数”是如何变化的,这个波函数的波包形状是什么样,传播速度和振幅又是怎样,等等这样的问题。第二个公设。

4、该规则表明,所谓的“波函数”并不是我们看到的,我们看到的只是某个可观测量,而每个可观测量都对应着一系列的本征态和本征值,所谓“本征值”就是进行观测时可产生确定观测结果的量子态。而我们的观测结果只会是本征值中的其中之一。本征值往往都是离散的,其实这也是“量子”一词的由来。那么观测结果会是哪一个本征值呢。

5、是由什么决定的呢。是由微观粒子的量子态与本征态之间的“重叠”决定的。

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