当前课程知识点:量子力学(上) > 第二章 波函数与薛定谔方程 > 2.2 薛定谔方程 > 2.2.8 量子力学中的测量 波包坍缩
最后一个问题
我们要谈一下
量子力学里的测量
物理是一个实验科学
所以
任何物理理论
都必须得到实验的验证
这才能被认为是一个
正确的理论
所以
理论必须回答这样的问题
对于理论所预言的结果
怎么来进行实验验证呢
换句话说
怎么用实验测量
来和理论的结果进行对比呢
这个问题在经典物理里
似乎有一点点不成问题
因为
经典物理里的测量
其实是和经典物理本身
所服从的规律是一致的
并没有什么特殊
而且
我们总可以做到
使测量过程
对于被测对象的干扰
可以忽略不计
但是
量子力学里的测量
却具有完全不同的性质
首先我们知道
量子力学的测量结果
是几率性的
比如
我们手里有一个非定态
我们要测量系统
在这个状态下的能量
那么这种状态的波函数
就是定态波函数的
线性组合
每一个定态
用它的能量E来表征
我们现在记为
E右下角n
n可以取值为非负整数
表征这些不同的
分立的能量值
那么当我们对这个系统
测量能量的时候
一次测量所得的结果
可能是这一系列的
能量本征值里的任何一个
对于一次测量的结果
我们是没有办法做预言的
我们能够预言的只是要进行
足够多次的测量
分别计算出
不同的能量值的几率
比如说E_1的几率
按照理论的预言
应该是C_1的模平方
E_2的几率是C_2的模平方等等
以这样的测量结果
和理论的计算
进行对比
这样一来我们应该说
这个状态其实
并没有唯一的能量值
这种情形在经典物理里
是不会出现的
那么
测量结果的这种几率性
应该是已经隐藏在
系统原来的状态之中
因为在进行测量以前
系统的状态是许许多多不同
能量本征态的叠加
而我们进行一次测量
只能得到
其中的某一个本征值
所以测量的过程就是
从那许许多多本征态里
随机的提取出一个来
并且把它的本征值
显示为仪器读数的过程
这就表明
当一次测量过程完成的时候
系统的状态
要从原先的线性的组合态
变成单一的本征态
我们可以把这个过程
写成一个这样的式子
原来是一个定态的
线性组合态
然后我们对这个态
进行测量
并且把测量的结果读出来
那么这个系统就会变成
某一个本征态
而究竟是哪一个本征态
是完全随机的
在量子力学里边
通常把这样的状态
称之为波包
而有组合态
变成单一的本征态
称为波包的坍缩
所以量子测量的过程
是一个波包坍缩的过程
这个概念是冯诺依曼
在1932年提出来的
这里我们就面临一个问题
我们测量的结果
应该得到一个
几率性的分布
但是进行一次测量
并且把结果读出来
要导致波包坍缩
也就是说
进行过测量的态
已经不再是原来的态了
所以 要想得到
一个力学量的几率分布
我们必须再拿另外一个
同样的波包来开始一个
新的测量
这样的测量
要进行许许多多次
原则上说
可以说是无穷多次
才能得到
全部本征值的几率分布
所以 在原则上来说
要完成一个量子测量
必须制备出对象系统的
给定状态的无穷多个
全同的副本
这就是量子测量的一个
根本的特征
应该指出 量子力学
关于测量的假定
实际上是这个理论的
基本假定之一
是独立于理论的
其它假定的
对于波包坍缩的动力学问题
目前还没有得到一个
公认的答案
实际上 它是一个
悬而未决的疑难
在这里
涉及到相当复杂的物理
它的解决有待于人们
对量子现象
做更深入的研究
在量子力学里
目前有一个非常活跃
而且不断取得新进展的
研究领域
是量子信息学
量子信息学的研究
除去有它本身的
固有价值和意义以外
有可能对于
量子测量理论的进展
也有所帮助
-引言
--引言
-1.1 普朗克的光量子假说
-1.2 玻尔的原子结构模型
-1.3 德布罗意的物质波假说
-第一章 量子力学的历史渊源--第1周作业
-2.1波函数
-第二章 波函数与薛定谔方程--第2周作业
-2.2 薛定谔方程
-第二章 波函数与薛定谔方程--第3周作业
-3.1一维运动问题的一般分析
-第三章 一维势场中的粒子--第4周作业
-3.2 方势阱
-3.3 δ函数势阱
-第三章 一维势场中的粒子--第5周作业
-3.4 线性谐振子
-3.5 一维散射问题
-第三章 一维势场中的粒子--第6周作业
-*3.6 δ势的穿透
-*3.7 周期性势场中的能带结构
--第三章 一维势场中的粒子--第7周作业
-4.1 算符及其运算
-第四章 力学量用算符表示--第8周作业
-4.2 厄密算符的主要性质
-第四章 力学量用算符表示--第9周作业
-4.3 动量本征函数的归一化
-4.4 角动量算符的本征值和本征态
-第四章 力学量用算符表示--第10周作业
-5.1 量子力学中的守恒量
-5.2 对称性与守恒量
-第五章 量子力学中的对称性与守恒量--第11周作业
-5.3 全同粒子系统波函数的交换对称性
-*5.4 Schrödinger图画和Heisenberg图画
-第五章 量子力学中的对称性与守恒量--第12周作业
-6.1 中心力场中粒子运动的一般性质
-*6.2 球无限深势阱
-第六章 中心力场--第13周作业
-6.3 三维各向同性谐振子
-6.4 氢原子和类氢离子
-7.1 带电粒子在电磁场中的薛定谔方程
-*7.2 朗道能级
-*7.3 阿哈罗诺夫-博姆(Aharonov-Bohm)效应