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    量子力学的路径积分和退相干诠释(二)

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    •       按照哥本哈根正统诠释,在不被观测时,粒子是不存在的,只有一个弥散在整个宇宙空间的波,或者有人喜欢说是场,总之是一个不能被处理成质点的东西。一旦被观测,也就是想要获取它的位置、动量据,它就变成了能被处理成质点的粒子,从波或者说场变成粒子的过程叫做坍缩当然,在物体保持波或者场的状态时,它在空间各点的分布并不均匀,它是按照波动方程解出的概率值来分布的。等价的说法是,它的位置处于空间各点的叠加态

            物体可以从波或者说场瞬变为可以被处理成质点的粒子,而触发条件是观测!真玄乎啊,还是看看路径积分诠释吧。按照路径积分诠释,简单地说,粒子始终是粒子,被观测前,它在整个宇宙空间急速运动。整个宇宙中间极速运动?岂不是超速了?后面再讨论超光速问题,这里先接着说物体在整个宇宙空间急速运动,当然是按照波函数运动的,也就是物体在运动过程中,经过空间各点的次数是不同的,波动方程求出的概率,就是反映物体路过指定位置次数多少的度量。这个概率是由频率得出来的。正统诠释里面玄玄乎乎的坍缩、叠加态,都用不着了。本来就是实在的质点粒子,观测时它当然仍然是粒子形态了。

            继续说起来,就要说到测不准和不确定性的争辩了。在继续之前,先看看双缝实验,看看观测是怎么被牵扯进来的。


            双缝实验

            很多文章对双缝实验说得令人费解,是因为没有从单缝说起。双缝实验最初是用光做的,后来改用有质量的粒子做,首先用的是电子,之后发展到各种各样的粒子,甚至用了质量、体积都很大的分子,都能得出同样的实验结果。这里用电子来描述,如图所示,经典物体过单缝,波会衍射,粒子走直线,表现截然不同:

      量子力学的路径积分和退相干诠释(二)

            根据经典波动和经典粒子过单缝的表现来预测,如果电子是波,那么在单缝后面的检测板上应该检测到明暗相间的条纹。如果电子是粒子,检测板上应该检测到一条亮带,中间最亮,向两边逐渐变暗,直到消失。实验检测到的电子过单缝是什么表现呢?一条亮带,是经典粒子的表现。

            经典物体过双缝仍然有截然不同的表现:

         量子力学的路径积分和退相干诠释(二)

            根据经典波动和经典粒子过双缝的表现来预测,跟单缝类似,如果电子是波,那么检测板上应该检测到明暗相间的条纹。如果电子是粒子,那么检测板上应该检测到两条亮带,中间最亮,向两边逐渐变暗,直到消失。实验检测到的电子过双缝是什么表现呢?是明暗相间的条纹,这是经典波动的表现。 

          这就是波粒二象性的来源:电子过单缝表现为粒子,过双缝表现为波。随后有人设计改进双缝实验,在双缝后安装检测装置,想看看电子究竟走的哪条路径,得到了如图所示的实验结果:

      量子力学的路径积分和退相干诠释(二)


            双缝后的检测装置被设计为电子必须走直线才能被检测到,之前的实验结果已经清楚地表明电子过双缝应该发生衍射,那么电子应该可以绕过检测装置,检测板上仍然应该出现干涉条纹,当然会发生一点变化。然而这次的实验结果是,检测装置可以检测到所有电子,而看不到干涉条纹!检测装置安装在缝隙后面,电子到达检测装置时已经通过了双缝,按理说不影响电子的行为,也就是电子应该仍然表现为波,先衍射再干涉。然而事实却是检测装置居然影响到了电子。这就是哥本哈根正统诠释引入“观测”这个概念的原因。由于做了观测,波坍缩为粒子了。

      ——未完待续

      摘自《数学算法俱乐部》

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