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单粒子双缝实验中存在量子叠加态吗?
送交者: zhf 2018年02月18日09:08:21 于 [茗香茶语] 发送悄悄话

单粒子双缝实验中存在量子叠加态吗?


我们颠覆了单粒子双缝实验中的波粒相变论,现在要颠覆单粒子双缝实验中的量子叠加态论。其实薛定諤猫思想实验已经否定了量子叠加态。


薛定諤猫思想实验:把一只猫,一个装有氰化氢气体的玻璃烧瓶和一个放射性原子
核放进封闭的盒子里。当盒子内的监控器侦测到衰变粒子时,就会打破烧瓶,杀死
这只猫。在一小时内,这个放射性原子核衰变的机率为50%,没有衰变的机率也同样
为50%。根据量子叠加态学派的解释,在实验进行一段时间后,猫会处于又活又死的
叠加态。可是,假若实验者观察盒子内部,他会观察到一只活猫或一只死猫,而不
是同时处于活状态与死状态的猫。是观测使得叠加态塌缩成两种可能状态中的一种。注意,不是观测知道生死,而是观测决定生死。


薛定諤用这个思想实验,把微观的状态叠加逻辑连接到宏观的状态叠加。又用宏观
状态叠加的不存在(猫不能同时处于活状态和死状态)否定了微观状态叠加的不成立。至此,量子叠加态应该被彻底否定。可是不知为什么,这个幽灵一直在量子力学界徘徊。据说,量子叠加态可以解释单粒子双缝实验。那我们就看看,量子叠加态是否在单粒子双缝实验中成立。


量子叠加态论者认为,一个电子从电子枪出发,当电子达到双缝屏时,如果电子在缝1,处于量子态g1,如果电子在缝2,处于量子态g2。如果没有观察,电子处于线性叠加态,0.5g1 + 0.5g2,电子的一半通过缝1,电子的另一半通过缝2。如果没有观察,展开0.5g1 + 0.5g2,其中有一项叫相干项。相干项导致了干涉图样。如果观察到电子是从哪个缝通过的,导致了叠加态塌缩,塌缩成本征态g1或者g2,也就是电子通过双缝之一。电子通过双缝之一就不能应用0.5g1 + 0.5g2,就没有相干项,就不能干涉,就不能在接受屏产生干涉图样。


如果这个态指的是波,波通过双缝是相容的,并不构成两个量子态。如果这个态指的是电子的质量部分,在缝1和缝2确实构成量子态。但是,实验结果和量子不确定性原理告诉我们,无论观察与否,一个电子要过双缝屏,其质量部分或称粒子,只能通过双缝之一。也就是说,电子或是处于量子态g1,或是处于量子态g2,但不能同时处于g1和g2。也不能一半通过缝1,另一半通过缝2(如果粒子一半通过缝1,另一半通过缝2,或同时通过缝1缝2,按量子不确定性原理,都要在接受屏上打出两个曝光点。但这与实验结果不符)。所以,线性叠加态0.5g1 + 0.5g2根本就是不成立的。g1和g2不同时存在,不能叠加。


量子叠加态论者对于观测导致了叠加态塌缩还有另一种说法。这就是,一旦观察到电子是从哪个缝通过的,导致了叠加态塌缩,塌缩成没有波动性的经典粒子。没有了波动性也就没有了干涉图样。


其实这种说法更经不起实验的检验。挡住一个缝,就知道电子是从哪个缝通过的。其结果是单缝实验的图样,有波动性!就是在双缝附近安装探测器观察,曝光点还是随机的,也不是一个曝光点。


几率波-粒子模型是这样解释的。几率波通过双缝,形成两个同相的子波源(圆柱面波)。两个子波源在双缝屏后叠加,波及到接收屏是干涉分布。粒子只从一个缝通过,然后在叠加的机率场中以正比于振幅的平方的概率随机选择自己的位置。这样每个通过双缝屏的电子只在接收屏幕上打出一个点。电子打多了,在接收屏上形成干涉条纹。如果在双缝附近安装探测器,探测器的场参与叠加,破坏了(影响了)干涉分布,失去干涉图样。探测器参与后的叠加场很复杂,但粒子在场中的选择还是随机的。虽然没有干涉图样,但也不是一个曝光点。


行文至此,我们已经颠覆了量子叠加态。为什么态叠加说又能符合一些实验结果呢?那是因为态叠加在数学上类似机率波的数学期望。如果100电子过双缝屏,大约有50个通过缝1,50个通过缝2。但是数学期望是描述多粒子的统计指标,不能描述一次试验。


量子叠加态论者的“看一眼决定生死”本质上是意识决定论。


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