量子力学的哥本哈根诠释.ppt

两种量子力学诠释 量子力学诠释 量子力学诠释是指一种特定类型的诠释，它试图要从量子力学的实验结果来解释：量子力学是怎样传达了自然界背后的运作方式。 虽然量子力学是科学史中最完整测试过与最精准的理论，此一理论的基础却尚未被完整了解。目前有一些思想学派彼此竞争着，其差异点在于量子力学是否可以被理解为决定性的(deterministic)、量子力学中哪些要素可以被视为“真实(real)” ，以及其他一些课题。 哥本哈根诠释在科学界中最广为接受，其次是多世界诠释。 薛定谔的猫是指将一只猫放入一个配备了放射性物质，辐射探测器（盖革计数器）和毒气桶的盒子。假设，在一段时间T内，放射性物质有50%的几率发射出一个粒子，也有50%的几率保持不变。再假设放射性物质发射出的任何粒子，都可以被盖革计数器探测到。在这一段时间T内，假若盖革计数器探测到任何粒子，毒气桶释放毒气的机制就会被启动。释放出毒气来毒死盒子里的猫；否则，假若放射性物质保持不变，那么，猫仍旧会是活的。薛定谔设计出这个荒谬的实验。在时间t=T，整个系统的波函数 会是各占一半几率的活猫与死猫，目不忍睹地混杂在一起： 而当观察者一掀开盒盖，想要观察到底猫是活的还是死的，这时候，波函数 立刻会坍缩成活猫波函数 或死猫波函数 。假若猫是死的，我们可以说猫是被观察者的观察这动作杀死的。 自然的推论：当它们都被锁在箱子里时，因为我们没有观察，所以那个原子处在衰变／不衰变的叠加状态。因为原子的状态不确定，所以猫的状态也不确定，只有当我们打开箱子察看，事情才最终定论：要么猫躺在箱子里死掉了，要么它活蹦乱跳地“喵呜”直叫。问题是，当我们没有打开箱子之前，这只猫处在什么状态？似乎唯一的可能就是，它和我们的原子一样处在叠加态，这只猫当时陷于一种死／活的混合。一只猫同时又是死的又是活的？它处在不死不活的叠加态？这未免和常识太过冲突，同时在生物学角度来讲也是奇谈怪论。如果打开箱子出来一只活猫，那么要是它能说话，它会不会描述那种死／活叠加的奇异感受？恐怕不太可能。 换言之，薛定谔猫概念的提出是为了解决爱因斯坦的相对论所带来的祖母悖论，即平行宇宙之说。 双缝实验是一个非常重要的量子力学试验， 从这个试验中，也可以看到量子力学的测量 问题和解释的困难性，这是最简单而明显地 显示波粒二象性的试验。 假设，有一种光源能够一个个地发射光子，而且，探测 屏障有足够的敏感度来探测单独一个光子。则杨式双缝实验，在理论上，可以用光子一个个的测试，得到的结果会与原本实验的结果相同。经过一段时间的累积光子，探测屏障会展示出一系列明亮或黑暗的条纹的干涉图样。这结果看来好像又确定，又否定波动观。假若，光的行为不是波动行为，则探测屏障不会展示出干涉图案。假若，光的波动观成立，则光不会以量子的形式抵达探测屏障。 让我们特别注意一个卓越的实验。在这实验里，有一个探测器，称为狭缝探测器，能够探测到光子的行踪，光子会经过两条狭缝中的哪一条狭缝。可是，当我们将狭缝探测器打开后，我们所熟悉的干涉图案，立刻就会消失不见，转而改变成另外一种图案。探测这个动作，涉及了光子与狭缝探测器之间的相互作用。这改变了光子的量子态。假设，两个同频率的光子，在同时间被发射出来，则这两个光子是同调的。将狭缝探测器关掉，则两个同调光子，都会不被干擾地经过狭缝，同调地抵达探测屏障。可是，假设，我们将狭缝探测器打开，而两个同调光子之中的一个光子，被狭缝探测器侦侧到，则由于光子与狭缝探测器之间的相互作用，两个光子不再同调，不再互相干涉。所以，探测屏障的干涉图案会消失不见。 多世界诠释 1957年美国普林斯顿大学休·埃弗雷特三世 （Hugh Everett III）提出多世界理论 （many-worlds interpretation 或简称 MWI）， 他假设所有孤立系统的演化都遵循薛定谔方程， 波函数不会崩坍，而量子的测量却只能得到一种 结果，也就是说，处于叠加态。 这个诠释的优点是：薛定谔方程始终成立，波 函数从不坍缩，由此它简化了基本理论。 多世界诠释认为，观测一个处于共存状态的量 子时，会分离出无数个平行宇宙，每个宇宙都 有一个确定的状态，而我们只是在其中的一个