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  • 1 # 科學聯盟

    題主你好。看了你的這個理解,我基本上把你劃到愛因斯坦-薛定諤量子力學學派。愛因斯坦當年就是這樣理解疊加態的。在愛因斯坦看來,量子力學裡面的機率和統計物理裡面的機率是一回事。我們知道統計物理引入機率是因為大量粒子的動力學無法精確求解,從而採用了唯象方法,即引入了機率。愛因斯坦認為量子力學引入機率也僅僅是我們採用了唯象模型,或者說量子力學是一個天生就不完備的理論。題主說“條件不足”,可以理解為愛因斯坦所說的“不完備”。

    現在的問題就是量子力學裡面的機率是不是可以這樣解釋呢?其實,這個理解並不是不對,而是我們要搞清楚一件事情:機率到底從何而來。不能說機率出現的原因就是單純地因為理論不完備或者條件不足,這個說法過於敷衍了事。愛因斯坦當初對量子力學的批評在今天看來既體現了他對機率的種種疑慮,也體現了他沒有仔細思考機率的根源。

    關於機率到底因何而來,物理學界爭論了快一個世紀,到現在也沒有準確答案。量子力學的機率其實是不同於(經典)統計物理裡面的機率,因為我們完全可以從基本動力學——牛頓力學去計算多個經典粒子的物理狀態從而直接獲得我們需要的結果而根本不需要考慮什麼經典統計物理,當然前提是得發明足夠強悍的計算機。這樣,經典統計物理裡面的機率僅僅是唯象解釋(經典統計物理裡面所謂的機率其實可以理解為偽隨機性,一般來說只要將粒子數目降低到足夠小,就發現機率解釋是靠不住的)。但是量子力學卻不是這樣的,如果說它真的像愛因斯坦所說的那樣,那麼我們應該可以找到超越現有量子力學的、更完備的理論,但是問題在於現有的量子力學可以與實驗取得極其完備的契合。很難相信還存在一個理論,它既可以和量子力學都十分完美地符合實驗,又同時可以完全繞開機率解釋。畢竟機率解釋是實驗認可的。這就導致一個後果,我們只能接受機率,唯一可以修改的就是改造量子力學基本方程,使它變成不需要觀測就可以引入機率的理論。這個工作是很重要的,畢竟量子力學基本方程裡面沒有機率!

    如何理解量子疊加態這個問題是如何理解量子力學的最關鍵地方,可以說沒有理解這個問題就等於沒理解量子力學。但是可惜的是,我們恰恰無法理解的就是這個問題。借用美國物理學家費曼的話,我們十分有把握相信沒有人可以懂量子力學。

  • 2 # 螞蟻科學

    這是因為量子力學裡的機率不同於經典力學的機率。

    經典力學的機率是一個偽機率,之所以這麼說是因為在經典力學裡的機率是由於無法獲知準確資訊而導致不能判斷事情的結果而產生的機率,比如猜一個硬幣的正反面,我們無法得知影響硬幣活動的所有因素,所以我們無法判斷硬幣的結果。對於這樣的事件,如果用數學方法,可以這樣來描述:把拋硬幣整個事件設成一個引數方程,比如aX+bY=C,a和b代表了影響硬幣活動的因素,C代表結果,X和Y則是經典力學裡的客觀物理規律。由於我們的宇宙固定的,物理規律也就是固定的,很明顯,C的結果由a和b決定,所以經典物理學裡的不確定性來自於a和b的未知,但不管你知不知道a和b的資訊,a和b是客觀存在的,你知不知道都一樣,對C的結果沒有影響,所以C的結果是一定的,只是我們無法獲得a和b的資訊,所以這個方程我們解不了,所以C的結果對我們來說是隨機的。

    然而量子力學裡的隨機是真隨機,拿薛定諤的貓舉個例子,根據量子力學規律,基本粒子的狀態在沒觀察時處於多個可能性狀態的疊加,這就是疊加態,對那隻可憐的貓來說,我們開啟盒子觀察之前,我們不知道貓的生死狀況,所以,貓處在既死不活的狀態,也就是它還活著,不過它也死了。在開啟盒子的一瞬間,貓會從這兩個狀態的疊加態既以真隨機的方式選擇一種呈現出來,這被稱作波函式的坍縮。PS:疊加態真的存在,參見單電子雙縫實驗(嚇死你)。

    同樣的用數學形式描述一下這整件事的過程,這個方程可以很簡單,X²B=C,把貓替換回正常的基本粒子(量子力學研究的是基本微觀粒子),X表示粒子的狀態,B表示物理規則,道理跟上面一樣,是個定值,C表示疊加態。很明顯這個方程是可解的,答案就是X=根號下正負C÷B。再明顯一點,如果C=4,B=1,則X²=4,可以看到方程有兩個解,-2和2,且這兩個解是同時存在的,這就是疊加態。至於你開啟盒子看到的是2還是-2,由於方程中沒有影響結果的其他引數,但最後我們又確實只看到了一個結果,所以才說最終看到的結果是完全隨機的出現在視野內,這就是量子力學是真隨機的原因。

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