波函数坍缩
微观领域现象
波函数坍缩是量子力学中的微观现象,指量子系统在测量时由叠加态随机坍缩至某一确定本征态的过程。该现象为哥本哈根诠释的核心概念,表现为观测行为导致粒子波粒二象性呈现确定状态,如双缝实验中单粒子干涉条纹坍缩为单一亮点。
简介
当我们用物理方式对其进行测量时,物质随机选择一个单一结果表现出来。如果我们把波函数比作是骰子的话(比如电子云),那么“波函数坍缩”就是骰子落地(比如打在屏幕上显示为一个点的电子)。
详细说明
波函数从叠加态坍缩成A或A非至少从某种意义上符合最大熵(最大信息量)原理。
当我们要测量粒子的动量的时候,粒子不一定刚好处于动量的本征态,这个态可以表示为动量本征态的叠加(动量本征态组成一组完备的希尔伯特空间基矢),当我们用仪器对粒子进行测量的时候,相当于是对粒子进行了一个作用,即用动量算符作用在这个态上,只进行一次测量的时候,我们只能得到一个动量值(动量本征值),而这个时候的态,只有处于动量的相对应的本征态上时才会这样,这就是说,当进行测量的时候,因为我们的仪器对粒子的影响,使得粒子由原来的态坍缩到了这个动量本征态。但是我们测量的时候,也可能得到其他的本征值,即,也可能坍缩到其他的动量本征态,所以,要进行多次测量。
示例
假设量子基态为 A, A非, 又假设叠加态为
从性质上来看,我们总可以认为 B有一部分属于A,另一部分属于A非,于是有,归一化的叠加态为
现在来考虑Bn 所包含的相对信息量,显然相对信息量以A或A非为参照物是合适的,比如考虑“又死又活”的薛定谔猫相对于“死”或“活”包含多少信息是合适的。
于是我们形成了两种泛有序对
(A,Bn) (3-1)
(A非,Bn) (3-2)
我们要问:(3-1)和(3-2)取什么形式所包含的信息量最大呢?
现在考虑(3-1)的泛有序对所对应的广义集合
A + Bn = (1+r)A + (1-r)A非 (4)
这个广义集合所对应的信息熵
显然当 (1+r)/2 = (1-r)/2, 或 r=0时, 信息熵H取最大值Hmax
Hmax=1(比特) (6)
此时 (A,Bn) = (A, A非) (7)
再考虑(3-2)的泛有序对所对应的广义集合
A非+Bn = rA+ (2-r)A非 (8)
这个广义集合所对应的信息熵为
显然当 r/2 = (2-r)/2 , 或 r=1时, 信息熵H取最大值Hmax
Hmax = 1(比特) (10)
此时 (A非,Bn) = (A非, A) (11)
于是我们得出结论:波函数从叠加态坍缩成A或A非至少从某种意义上符合最大熵(最大信息量)原理。
参考资料
【中国科技人才】量子力学里程碑与二次革命 .中国科学技术大学网站.2016-02-22
最新修订时间:2025-12-01 11:09
目录
概述
简介
详细说明
参考资料