Question

波函数坍缩是什么意思?

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Answer 1

当人们说“波函数坍缩”时，这意味着他们不理解量子力学是如何运作的。但这没关系，因为没有人真正理解它。

首先，如果你不知道什么是量子态，请阅读这里的答案:用外行人的话说，什么是量子态?

既然我们已经解决了这个问题，让我们考虑一些量子态|ψ⟩。让我们用非相对论量子力学，因为那会让事情简单得多。量子态的时间演化由著名的薛定谔方程给出:

i∂∂t|ψ⟩=H|ψ⟩

这里，i是虚单位(i2=−1)，t是时间参数，∂/∂t是对时间的导数，H是哈密顿量，就我们的目的而言，可以简单地定义为“薛定谔方程右边的东西”。

因此，自从我们的量子态|⟩ψ被创建以来，它一直遵守上述方程。直到某个邪恶的“观察者”决定测量我们无辜的量子态。在那个时候，一件奇怪的事情发生了。量子态的演化不再由薛定谔方程决定;相反，我们看到了以下内容。

首先，我们的量子态被分解成我们邪恶的观察者决定测量的特定量的特征态的叠加。如果这个量是能量，那么我们可以这样写:

首先，我们的量子态被分解成我们邪恶的观察者决定测量的特定量的特征态的叠加。如果这个量是能量，那么我们可以这样写:

|ψ⟩=∑nan|En⟩

其中En是能量可能具有的不同值，an是与每个En相关的概率振幅，这意味着我们的恶意观察者将以|和|2的概率测量En的能量。

到目前为止，我们可怜的量子态还没有发生什么不好的事情;我们所做的仅仅是在特征态的特定基础上展开它，这只是一个数学操作，不会伤害任何人。就像把4写成22;这只是两个不同的数学符号，意思完全一样。

但现在，我们这位恶毒的观察者的邪恶终于大白于天下。你看，一旦观察者测量我们微弱的量子态，它就“神奇地”不再是特征态的叠加了。作为测量行为的结果，它被我们的观察者猛烈地切割，只有一个特征态幸存于这个野蛮的行为。数学上是这样的:

|ψ⟩⇝|En⟩

如前所述，这种情况发生的概率是|和|2。但是这是什么奇怪的转换⇝导致我们国家的“崩溃”成一个态下吗?薛定谔方程当然与此无关;还有别的东西决定了我们州的时间演变。其他的特征态都到哪里去了?这个神秘的机制如何“知道”只选择一个特定的特征态，并通过它的指定概率来做到这一点呢?这个转变是瞬间发生的，还是需要一定的时间?如果是，是什么决定了持续时间?为什么“崩溃”是一个不可逆转的过程?为什么我们状态的时间演化(根据薛定谔方程)突然停止连续，“跳跃”到另一种状态?

最重要的是，“波函数坍缩”是真实存在的吗?还是仅仅是对一种现象的“特殊”解释，这种现象也许可以用一些更容易理解的机制来更好地解释，比如量子退相干，近几十年来这种观点已经成为主流?

所有这些问题，以及其他许多问题，都是量子力学中臭名昭著的测量问题的一部分。针对这个问题有很多解决方案;这是我们首先需要解释量子力学的主要原因。