关于量子物理的叠加态 (关于量子物理的书)

admin 2024-11-30 44 0

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关于量子物理的叠加态

首先我想说的是量子纠缠性或叠加性(本质上纠缠态是叠加态的一种,即无法写成张量乘积形式的叠加态)是量子力学领域特有的现象,你不要总是把量子世界的模型拿来与现实的经典的例子作比较,那样得出的结论通常是不准确的。

具体说你上面的问题,薛定谔猫态就是一个叠加态,为什么么说观察会影响它,这要先知道什么是“观察”,在量子纠缠领域我们通常说的观察基本上都是指的“测量(measurement)”,而测量是说白了就是对你要观察的量子比特执行特定的操作,而这个过程就已经会对你观察的态起作用使它有所反映了(也就是坍缩到多态叠加中的某一个特定的态)。

举个不太恰当的例子说明这一点:我们都知道海森堡测不准原理,就是微观粒子的速度和位置不可能同时精确地到,这是为什么呢?那好,现在我们又一个自由原子,我们要观察它的位置,怎么观察?我们首先要看到它,既然要看到,就要有光照在它上面然后反射到人的眼睛了,而光线照在原子上,恰恰会对它的位置和动量都造成很大的改变。

而你所说的月亮的状态不会因为我们的观察而改变,也是正确的,首先这是宏观尺度,虽然整个宏观微观世界都遵循量子力学规律,但是宏观上基本上还是按照已知的经典力学特性而不会出现微观世界特有的现象;其次太阳光照在月亮上是纯粹的客观事件,我们去抬头看只是客观接受,它当然吧会因为我们的观察而改变状态。

这些是我的见解,也说不太清楚,还请大侠们多多指教,大家共同进步~~

关于量子物理的叠加态 (关于量子物理的书)

为什么量子力学的“叠加态”概念非常可怕呢?

前面文章中我讲解了量子力学的一个概念:叠加态。

也就是说一旦进入了微观世界,微观粒子的运动情况和我们宏观物体完全不一样,宏观物体在某一个时刻都永远只处于一个位置并且只拥有一个速度,但是微观粒子却是在某个局部范围内处于叠加态。

但是叠加态本身是否是一种科学的论述方式呢?为啥这个叠加态概念很可怕呢?今天我们来谈谈这个问题。

首先宏观世界有没有叠加态?其实还是有的,只不过宏观物体的叠加态非常的微弱,微弱的让我们可以直接忽略掉而已。

因为前面我专门写了一篇文章介绍“海森堡测不准原理”,宏观世界的物体波动性之所以不明显,就是因为质量的原因导致。

如果你没看这篇文章,建议可以先去看看。

很多网友对叠加态有误解,比如当我描述一个微观粒子在某时刻所处的位置时,用量子力学的语言来表达就是:微观粒子此时处于A的概率是30%,处于B的概率是50%,处于C的概率是20%,也就是微观粒子同时处于A、B、C的叠加态。

但是大部分网友会这样解释:因为微观粒子运动速度太快了,所以导致我们看起来微观粒子好像同时处于多个位置,如果我们的观察技术提升,那么还是可以看到微观粒子在某一个时刻其实只处于一个位置。

以上的网友解释应该说非常符合我们的常规和直觉对不对?可惜这个解释是错的,因为我们目前的观察技术而言,微观粒子的运动速度再快能快过光速吗?现在的科技发展测量高速粒子的运动速度技术已经非常成熟了,所以你首先要明白一个事实:微观粒子要用叠加态来描述,不是因为微观粒子的运动速度太快导致的。

其次你要明白一点,假设此时有一个电子,我们计算出来电子处于A位置的概率是20%,B位置的概率是80%,那么电子就同时处于A、B位置的叠加态对不对。此时再举一个类似的例子,假设宏观世界里面抛硬币,我往上一扔然后仍由硬币落地,但是我并不去看落地的结果,那么此时我们知道,硬币是正面的概率是50%,硬币的反面概率也是50%,那么请问:此时我们可以说硬币处于正面和反面的叠加态不?

大家可以好好思考这个问题,其实对于扔硬币来说,我们虽然知道概率是各占50%,但是我们未观察结果前,我们不能说硬币处于叠加态。

但是面对一个电子,我们未观察前,我们却可以说电子的确是处于A和B的叠加态。

大家明白这两者的差别没?

没错,电子处于微观世界,当你把一个电子控制在某个局部范围内(比如A和B位置),那么此时你不去观察时,电子的确是同时处于A和B两个位置的,只不过A和B两个位置分到的概率值不同而已。

但是如果你再宏观世界去抛硬币,当硬币落地后,你如果不去观察硬币,那么硬币绝对不是同时处于正面和反面的叠加态,硬币肯定是只处于某一个状态且概率是100%,另一个状态概率是0%。

所以理解叠加态的关键就在于:观察。

没错!当你未观察前,你可以说电子同时处于A和B叠加,但是不能说硬币同时处于正面和反面的叠加。

而且最关键的问题在于,当你未观察前,电子的状态是不确定的,但是硬币正反面结果却是确定的。

当你观察的一瞬间,电子的状态才确定,但是硬币的状态却是你观察前就确定了。

当你再次不观察后,电子的状态再次不确定,硬币的状态依然是早就确定了。

所以微观世界和宏观世界的差别就是:

微观世界:观察前电子状态不确定,观察一瞬间电子状态确定,观察后电子状态再次不确定。

宏观世界:观察前物体状态确定,观察一瞬间物体状态确定,观察后物体状态依然确定。

而且还有一个重点是:微观世界的物体,为啥观察的一瞬间状态就确定了,因为正是你的观察导致微观粒子的状态被确定下来。

你的观察不仅仅是“发现”微观粒子的状态,你的观察还“创造”了微观粒子的状态。

你对微观世界的观察不仅仅是“发现”,你的观察行为和看到的结果产生了因果关系。

当你理解到这一层,你才算真正理解微观粒子的叠加态,到底是要表达啥意思。

量子叠加态是什么意思

量子叠加态是量子力学中的一个基本概念,指的是一个量子系统可以同时处于多个量子态的组合。

这种状态是通过将不同的量子态以一定的系数进行线性组合形成的。

在量子叠加态中,这些量子态的比例可以是任意的,从而允许量子系统同时展现出多种可能的状态特征。

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