第92章 故事92 玻尔的量子舞步

小故事123 heor 2238 字 1个月前

哥本哈根解释认为,在量子力学里,量子系统的量子态可以用波函数来描述,这是量子力学的一个关键特色。波函数的演化遵循薛定谔方程,可以用于计算不同物理量的期望值。当我们进行观测或测量时,波函数会坍缩到一个特定的状态,这个状态对应于我们所观测到的结果。哥本哈根解释强调了量子测量的重要性,量子测量会导致波函数的塌缩,使得量子系统处于观测结果所对应的特定状态。

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尽管哥本哈根解释是量子力学中接受度最广的解释之一,但它也面临着来自爱因斯坦、薛定谔等物理学家的质疑和挑战。爱因斯坦认为量子力学目前的不确定性只是因为我们对微观世界的认识还不够深入,存在一些尚未被发现的“隐变量”,一旦这些隐变量被找到,量子力学就可以成为一个具有确定性的理论。薛定谔则通过提出着名的“薛定谔猫”思想实验来质疑哥本哈根解释中的波函数坍缩观点。

哥本哈根解释几个核心观点:

1. 波函数的完备性:一个量子系统的量子态可以用波函数来完全地表述,波函数代表一个观察者对于量子系统所知道的全部信息。

2. 概率性描述:按照马克斯·玻恩提出的玻恩定则,量子系统的描述是概率性的,一个事件的概率是波函数的绝对值平方。

3. 不确定性原理:海森堡提出的不确定性原理阐明,在量子系统里,一个粒子的位置和动量无法同时被确定。

4. 波粒二象性:尼尔斯·玻尔提出的互补原理指出,物质具有波粒二象性,一个实验可以展示出物质的粒子行为,或波动行为;但不能同时展示出两种行为。

5. 测量问题:测量仪器是经典仪器,只能测量经典性质,像位置,动量等等。对应原理表明,大尺度宏观系统的量子物理行为应该近似于经典行为。

6. 波函数坍缩:在进行测量时,波函数会坍缩到某个特定的状态,这个过程是随机的和不可逆的。

尽管哥本哈根解释在物理学界得到了广泛的接受,但它也有一些不足之处:

1. 非直观性:哥本哈根解释的一些观点与我们的日常经验相悖,例如,它否定了在没有进行观测之前,一个量子系统的状态是确定的。

2. 测量问题:哥本哈根解释没有清晰地定义测量过程,也没有解释为什么测量会导致波函数坍缩。

3. 经典与量子的界限:哥本哈根解释没有明确指出经典世界与量子世界之间的界限在哪里,这使得它在宏观尺度的应用上存在困难。

4. 主观性:哥本哈根解释强调了观察者在量子事件中所扮演的角色,这似乎意味着物理现象依赖于观察者,这与物理学追求客观性的目标相冲突。

5. 非局域性:哥本哈根解释没有很好地处理量子纠缠现象中的非局域性问题,即量子态的瞬时变化似乎违反了相对论中的光速不变原理。

6. 坍缩机制:哥本哈根解释没有提供波函数坍缩的具体物理机制,这是其受到批评的一个重要原因。

哥本哈根解释虽然在解释量子现象方面取得了一定的成功,但它仍然留下了许多未解决的问题,这些问题激发了物理学家对量子力学的其他解释的探索,如多世界解释、系综诠释、自洽历史诠释等。