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量子理論: 總結和展望 (一)
送交者: mingcheng99 2019年02月06日13:20:31 於 [茗香茶語] 發送悄悄話

在20世紀20年代量子理論開發之後的最初幾年,哥本哈根解釋形成了。動力學由確定性的薛定諤進化描述,隨後是測量時量子系統與經典測量裝置相互作用, 量子疊加崩潰,或稱波函數塌陷,結果是概率性的波函數隨機地塌陷到其一個本徵態

原因是在量子系統和經典測量裝置之間被引入了人為的鴻溝,以便能夠解釋原子系統上的實驗結果。

雖然被廣泛接受,但即使在早期,哥本哈根的解釋也有著名的批評者,包括愛因斯坦和薛定諤,對他們來說很明顯量子理論本身從來沒有說它不適用於大型宏觀物體,直接後果就是像薛定諤貓這樣的悖論。愛因斯坦從來不對其自己創建的光量子模型滿意,並提出量子力學不完備性意見。 並以量子糾纏為例。 

人們對理論產生了兩大類態度。一方面,鑑於該理論的非凡成功,其根本不應該質疑:因為迄今為止沒有實驗與理論相矛盾,。這一派認為,80年代出現的退相干理論的發展,基本給出了解決宏觀微觀鴻溝的方向。而量子糾纏實驗成功,證明了Bell 不等式,否定了愛因斯坦的不完備性意見。人們應該接受哥本哈根解釋和相關的概率解釋作為其配方,從理論上做出預測並將它們與實驗進行比較。


另一個是要認真注意以下幾個方面:


(i)經典宏觀系統也是量子系統,引入量子經典鴻溝由哥本哈根解釋是模糊的;

(ii)觀察到的宏觀位置疊加的缺失與量子疊加原理的直接解釋相矛盾;

(iii)薛定諤進化是確定性的,當人們試圖描述測量的結果時,概率出現,這是“矛盾的”。

隨着人們對這些困難的認識的增長,哥本哈根解釋占據了一席之地,並在量子理論早期階段很好地實現其目的。今天也許可以公平地說,這種解釋不再被認為是可行的,應該永久地解決, 現在出現的是三類解釋,它們解決了前一段中提到的各種困難:

[i]不要修改量子理論,但改變其解釋:這是所謂多世界解釋。儘管有出現,但量子線性疊加永遠不會被破壞。測量的不同結果是在“不同的”宇宙中實現的,由於退相干而不會相互干擾。在我們看來,在這種解釋中,理解概率的起源和Born概率規則並不容易。此外,尚不清楚多世界何時產生。

[ii]不要修改量子理論,但改變其數學公式,這是波希米亞的力學。還有額外的自由度 - 粒子在空間中的位置 - 其引入意味着原則上可以事先預測測量結果,並且可以避免概率。

[iii]修改量子理論:用一種不同的理論替換量子理論,在微觀極限中與舊的量子理論一致,在宏觀極限中與經典力學一致,定量和動態地解釋了宏觀疊加的缺失和出現概率,當人們接近介觀和宏觀極限時候, 其實驗預測與量子理論的實驗預測不同。

就經驗情況而言,今天所有三種解釋都是可以接受的。事實上多世界的解釋可能是最有利於成立的觀點,因為它僅僅涉及標準量子理論的微小變化:一切都可以繼續如此,而未觀察到的則歸因於宇宙的平行分支,這是無法觀察到的。

我們在這裡提出第三條路:修改量子理論。量子測量期間發生的是隨機過程。儘管由薛定諤演化成功描述的微觀系統的初始條件和演變是完全確定的,但測量的結果是完全隨機的!一個直截了當的解決方案將直接面對證據,並宣稱在動力學中,確定性薛定諤演化與隨機進化(減少)競爭。

一場革命;一種新的動力學理論將誕生,量子理論和經典力學將成為近似。

 





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