無論在經典物理學還是量子物理學中,時間演化的概念處處存在。我們已經非常熟悉牛頓體系下的決定論,儘管量子物理否定了這種決定論,但是量子力學體系仍然使用時間演化這一在決定論中非常重要的概念。
在量子力學體系中,這種時間演化有兩種等價的描述,即薛定諤繪景和海森堡繪景。在前者中,力學量(算符)是固定的,而體系的量子態隨時間演化;而在後者中,是力學量(算符)在演化,體系的態不變。儘管,從數學上它們可以互相轉化,但是在物理方面似乎還是有所區別的。
首先,對於一個定態,比如自由粒子的動量本徵態|p>,我們可以將時間演化算符U作用其上,得到exp(-iE_pt)|p>,然而所得到的這個態的意義是什麼?其中的時間依賴如何來理解?相反,將U作用於動量算符UPU^{-1}=P,其意義相對就明顯多了,動量不變(注意這裡根本沒有時間依賴項)。當然,對於非本徵態來說,無論是態還是力學量的時間依賴都可以理解為時間的演化。
其次,自從量子力學建立之後,測量突然變成了“世紀難題”。除了海森堡不確定性原理之外,最著名的恐怕要屬量子測量塌縮(包括量子糾纏)。量子力學體系將測量做“特殊”處理——引入投影算符,即將多個量子態的疊加“瞬間”投射到某一定態上,這裡的“瞬間”,原本應該只是歸因於這個操作不涉及時間引數,但多數物理學家也將它進一步理解為量子測量本身在物理上就是瞬時的。
這樣處理測量,就將它跟其它我們熟悉的相互作用(有時間依賴的)區分開來;而其它的作用都是么正的,時間演化自然也包含其中。實際上,這樣處理測量,或許可以簡化某些概念,但是在更深的方面是存在問題的。比如,我們如何知道所處理體系的初態究竟是什麼樣子的呢?有人也許說可以製備,但是製備之前呢?製備之前的之前呢?這條因果鏈的問題,在經典物理中就存在,只要我們無法給出初態,時間的演化(或各種按順序的操作)都無法給出精確的描述,因為初態的選取是完全任意的,這在大自然中是完全可能的。(還有另一個問題,就是儘管理論上我們可以對么正和非么正做出區分,可實驗中我們又是如何區分么正作用和非么正呢?根據什麼來做出判斷呢?我們如何保證一個純粹的么正實驗中不會摻雜非么正過程呢?)
基於以上的問題,再結合量子場論中使用海森堡繪景的情形。個人覺得,可以將量子力學體系完全建立在海森堡繪景之上。如此,隨時間演化的將不再是體系的態,而是力學量。構造體系的態的基矢組成固定的標架,甚至可以取消“態的疊加”這一原理,只存在各個基矢間的關係即可。這實際上是默認了體系在某一時刻態的唯一性(基矢中的一個),而各種態之間存在量子躍遷,比如,,機率幅可由基矢間關係給出。至於量子測量,沒有了態疊加,它也自然可以用躍遷來描述(注意這裡基矢間的關係不要誤認為是態疊加)。
無論在經典物理學還是量子物理學中,時間演化的概念處處存在。我們已經非常熟悉牛頓體系下的決定論,儘管量子物理否定了這種決定論,但是量子力學體系仍然使用時間演化這一在決定論中非常重要的概念。
在量子力學體系中,這種時間演化有兩種等價的描述,即薛定諤繪景和海森堡繪景。在前者中,力學量(算符)是固定的,而體系的量子態隨時間演化;而在後者中,是力學量(算符)在演化,體系的態不變。儘管,從數學上它們可以互相轉化,但是在物理方面似乎還是有所區別的。
首先,對於一個定態,比如自由粒子的動量本徵態|p>,我們可以將時間演化算符U作用其上,得到exp(-iE_pt)|p>,然而所得到的這個態的意義是什麼?其中的時間依賴如何來理解?相反,將U作用於動量算符UPU^{-1}=P,其意義相對就明顯多了,動量不變(注意這裡根本沒有時間依賴項)。當然,對於非本徵態來說,無論是態還是力學量的時間依賴都可以理解為時間的演化。
其次,自從量子力學建立之後,測量突然變成了“世紀難題”。除了海森堡不確定性原理之外,最著名的恐怕要屬量子測量塌縮(包括量子糾纏)。量子力學體系將測量做“特殊”處理——引入投影算符,即將多個量子態的疊加“瞬間”投射到某一定態上,這裡的“瞬間”,原本應該只是歸因於這個操作不涉及時間引數,但多數物理學家也將它進一步理解為量子測量本身在物理上就是瞬時的。
這樣處理測量,就將它跟其它我們熟悉的相互作用(有時間依賴的)區分開來;而其它的作用都是么正的,時間演化自然也包含其中。實際上,這樣處理測量,或許可以簡化某些概念,但是在更深的方面是存在問題的。比如,我們如何知道所處理體系的初態究竟是什麼樣子的呢?有人也許說可以製備,但是製備之前呢?製備之前的之前呢?這條因果鏈的問題,在經典物理中就存在,只要我們無法給出初態,時間的演化(或各種按順序的操作)都無法給出精確的描述,因為初態的選取是完全任意的,這在大自然中是完全可能的。(還有另一個問題,就是儘管理論上我們可以對么正和非么正做出區分,可實驗中我們又是如何區分么正作用和非么正呢?根據什麼來做出判斷呢?我們如何保證一個純粹的么正實驗中不會摻雜非么正過程呢?)
基於以上的問題,再結合量子場論中使用海森堡繪景的情形。個人覺得,可以將量子力學體系完全建立在海森堡繪景之上。如此,隨時間演化的將不再是體系的態,而是力學量。構造體系的態的基矢組成固定的標架,甚至可以取消“態的疊加”這一原理,只存在各個基矢間的關係即可。這實際上是默認了體系在某一時刻態的唯一性(基矢中的一個),而各種態之間存在量子躍遷,比如,,機率幅可由基矢間關係給出。至於量子測量,沒有了態疊加,它也自然可以用躍遷來描述(注意這裡基矢間的關係不要誤認為是態疊加)。