为什么波函数被观察了之后会崩溃?

时间:2021-05-19 09:37:36   作者:
为什么波函数被观察了之后会崩溃?记住波函数坍缩是数学上的假象,而不是物理上的现实。

它是这样工作的。让我们用量子物理的工具来描述一个电子。电子的位置和动量由它的波函数决定,满足Schrödinger方程。利用波函数和相应的算符,我们可以用它来计算电子在特定位置或具有特定速度的概率。

为什么波函数被观察了之后会崩溃?

然后,电子会与宏观的物质相互作用。这可能是一个人,一只猫,一个摄像机或其他仪器,甚至是一块砖。关键是,这个宏观系统有非常多的不相关的量子自由度。所有的随机性都被平均了,而这个东西的表现,出于所有实际意图和目的,就像一个在任何时候都拥有精确位置和精确动量的经典物体。原则上,我们当然知道这是无稽之谈,因为即使是人类和猫都是由数量非常大但有限的粒子组成的,但在实践中,我们不在乎。

那么当电子与经典物质相互作用时会发生什么呢?它被限制在经典状态。它被限制在一个经典的位置。

量子物理显然是非局域的。这意味着电子波函数的演化实际上是由它未来与经典物体的碰撞等因素所决定的。这听起来像是一台时间机器,但实际上并非如此:这种非局部性不能用来比光更快地传输信息,也不能让时间倒流。(这一点经常被误解。刘慈欣的科幻小说《三体》(The Three-Body Problem)是一部非常出色、令人难忘的小说,它就利用量子粒子这种超光速的信息传输作为情节载体。但这不是物理原理。)

然而,我们厌恶非局部性。因此,我们提出了以下的数学幻想:直到电子与经典物体相互作用的那一刻,我们都假设它是自由电子,假装经典物体根本不存在。我们使用自由电子的波函数来计算它遇到经典物体的各种结果的概率。

然后,当相互作用确实发生,电子获得了一个确定的值,例如位置,我们立即,并追溯地用另一个波函数代替它。波函数的这种非幺正演化不能用任何有意义的数学来描述。(这不是Schrödinger等式的一部分。)这是我们在我们的物理书,使流程更容易我们的口味,避免非定域性的业务,或者更准确地说,背后隐藏的非定域性的概念“波函数坍塌”(当你想到它,就像外地的非定域性没有真正消失)。

所以不,波函数坍缩不会在自然环境中发生。它也不会发生在实验室环境中。它发生在物理学家的头脑中,作为一种解决由量子力学的非局域性所造成的认知失调的手段,非局域性是显而易见的,例如,从贝尔定理,但它仍然经常被敌意对待。
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