我们人人都能懂的量子理论( 三 ) _小知识

在量子力学中有一个闻名的双狭缝尝试。它之所以闻名，是因为展示了量子的很多奇异特征。下面我们就以它为例子来谈谈。
假如你在一个水池里设置一个有两条竖直狭缝的樊篱，然后用手指蘸一下水发生水波，水波会穿过两条狭缝。穿过两狭缝的水波会在樊篱后面互相关涉，形当作一个干与图案。

若是你把樊篱从水里拿出，朝狭缝发射一堆枪弹，它们就会直接穿过这条或那条狭缝，在樊篱后留下两条分明的弹痕，而不会发生干与图案。
这是经典的波和粒子在双狭缝尝试中的表示。但诡异的是，微不雅粒子譬如电子，可以同时表示出两者。
假如你朝狭缝发射电子，甚至像发射枪弹一样节制好，一次发射一个，开初樊篱后面起头形当作两条较着的“弹痕” ，申明电子表示得像粒子；但跟着你发射的电子渐多，弹痕也垂垂恍惚起来，最后竟然在屏幕上显示出明暗相间的干与图案，这时它又表示得像波了。倒仿佛每个电子同时穿过了两条狭缝，并与自身干与。
按照不确定性道理，可以如许诠释：因为电子是一个量子物体，我们不克不及切当地知道它的位置。电子有机遇穿过一条狭缝，也有机遇穿过另一条狭缝——因为两者都是可能的，所以它现实上同时履历了两个过程。换句话说，确实是每个电子同时穿过了两条狭缝，并与自身干与。
此刻，更诡异的工作来了。假如你在两狭缝边上各放置一个粒子探测器，来不雅察电子到底穿过了哪条狭缝。你的意图可以得逞，好比电子击中探测器的探头，不竭发出敞亮的闪灼，你欢快地欢呼：“你这个鬼家伙，终于被我逮着了！你适才走的是这条缝，此刻走的是那条缝。 ”可是，等你把头探到樊篱后面，就会发现年夜事不妙：干与图案竟然消逝不见了，只留下像弹痕一样的两条直截分明的狭缝投影。
按前面的诠释，这是因为你知道了电子穿过哪个狭缝之后，它不就再处于叠加态，所以只能选择一条路径，经由过程一条狭缝。电子的波动行为消逝了，表示得完全像粒子。
若是你对上述诠释还感应头疼，那么请想一想这个事实，或很多少受些抚慰：物理学家其实也不太能接管如许的诠释，他们一向都在为这个较着的悖论想破脑袋。
波函数
这是一种用来描述波-粒子的数学。
至关主要的是，一个量子波函数可以包含有很多种可能的解，每一个解都对应着一种可能的实际，波函数则是这很多种可能的解按必然概率的叠加。譬如，一个“量子硬币”的波函数包含“正面朝上”和“后背朝上”两种解，每一种解都对应一种实际，实现的概率各为50% 。
令人惊奇的是，叠加态中分歧的解似乎还彼此感化。这一点，在前面的双缝尝试中我们其实已经看到了，当电子同时履历了两个可能的轨迹，既穿过这条缝，也穿过另一条缝时，就会发生干与。我们的不雅察或者测量，似乎对波函数起着一种神秘但又至关主要的感化，即造当作波函数的坍缩，迫使原先处于各类可能的叠加态做出非此即彼的选择。仿佛我们对天然说：“喂，别再跟我迷糊其辞，必需给我一个明白的回答。 ”于是天然只好吞吞吐吐做出“是与否” ， “此与彼”的回答。
不雅察为什么能迫使波函数坍缩呢？这是谁也诠释不了的机制，所以很神秘。
测量导致的波函数坍缩，叠加态解体，是不成逆的，不成恢复的。这恰是量子通信的根本。量子通信优于传统通信的最年夜亮点是保密性好。为什么它能做到这一点呢？因为信息的载体（好比光子）被窃听者截获之后，他为了获得信息，不克不及不合错误它进行测量，但测量之后，光子的状况就改变了，如许就很轻易被通信的两边察觉。所以量子通信固然没法子阻止被人窃听，但窃听者很轻易表露本身。

我们人人都能懂的量子理论( 三 )

猜你喜欢