在量子力学中,观测产生结果,不是观测影响结果

57 人赞同了该文章

在量子力学中,观测和结果之间的关系,存在很多是是而非、模糊不清的说法。其中一个是对著名的测不准原理的解释。按照科普的解释,说的是观测影响了结果,导致结果出现偏差,导致测不准。这种说法很盛行,大部分人都受到这种说法的影响,大部分人都是这样的理解。

但是,实际上,这种解释,存在严重的误导,根本不符合量子力学的本来意思。这种说法,应该纠正。正确的说法应该是,观测产生结果,而不是观测影响结果。

观测影响结果的说法,其实潜在地就是说,在你观测之前,那个结果是已经存在的。只是你观测,影响了那个已经存在的结果。这其实是经典物理的思维观念。这个解释,其实并不符合量子力学。

但是,量子力学的观念,其实和这个观念完全不同。在量子力学中,一个物理客体,你不去观测,客体是处于一个叠加态,或者说叫混合态。实际上,这种叠加态,不是处于一个确定的状态。这种叠加态,不能视为一个结果的存在。对于一个处于叠加态的客体,这个客体处于一个未知的状态,这个客体不存在一个已经确定的结果。

当你去观测这个客体时,客体的状态产生塌缩,塌缩到一个本征态。这个本征态,就是你测量到的客体的状态。当客体塌缩到一个本征态时,这个客体才处于一个确定的状态,这个客体才存在一个确定的结果。这时候,结果才真正产生。当你没有去观测客体,客体这时候是处于叠加混合态,这时候,客体实际不存在一个确定的结果。

所以,实际是,因为你的观测才导致结果的产生。你不去观测,客体就是处于叠加混合态,客体就不存在任何已知的结果。

量子力学的叠加态,或者叫混合态,实际就相当于一直在滚动的骰子。一个一直滚动的骰子,你不能说这个骰子存在一个结果。滚动的骰子,它的读数始终是未知的,还不确定。你不能说这时候的骰子存在一个结果。当骰子停止滚动,处于一个确定的读数时,这时候骰子才存在结果。

骰子存在6个读数,就是存在6个本征态。当骰子在滚动时,我们可以说骰子处于6个读数的叠加状态中。当我们给骰子施加一个作用,比如把骰子捂住,让骰子停止滚动,骰子就处于一个确定的读数状态,就是呈现出一个本征态。捂住骰子,其实就是去观测骰子。捂住骰子的动作,就是观测。你再抛出骰子,让骰子再次滚动,再把骰子捂住,就是又一次新的观测。所以说,实际是观测产生骰子的读数,而不是观测影响了骰子的读数。你不去捂住骰子,骰子一直在滚动,这时候骰子还根本不存在读数。你捂住骰子,让骰子的读数确定下来,这时候骰子才存在读数。

量子客体,实际和骰子的情况,完全类似。你不去观测客体,客体好比就是正在滚动的骰子。这时候,客体根本没有处于一个读数的状态,客体的结果根本还不存在。当你去观测客体,好比就是捂住骰子。这时候,客体就处于一个确定的读数,就是处于一个本征态。这时候,才能说,这个客体存在一个结果。

量子客体和骰子的区别。在于你捂住骰子后,骰子就不会自动再次滚动。你要骰子再次滚动,必须重新去抛出骰子,才能让骰子再次滚动。骰子的状态不能连续变化。量子客体却不同。量子客体好比是一个可以自动滚动的骰子。只要你放开手,量子骰子就会自动再次滚动,骰子的状态又是未知。你要知道骰子的读数,必须再次捂住它,让它停止滚动,这时候骰子才会产生一个确定的读数。当你一放手,骰子又会再次自动开始滚动。一直如此循环。只要没人去观测这个量子骰子,这个量子骰子就会一直滚动下去,其状态始终是未知。

所以,所谓的状态塌缩,其实就是这个意思。其真正的含义是,从叠加态呈现出一个本征态。并不是从叠加态塌缩为一个本征态。塌缩这次词汇,使用得很不准确。准确的词汇,应该是呈现。说量子客体呈现出一个本征态,这样就没有歧义,也没有任何神秘性。其实就是骰子停止滚动,呈现出一个读数。你说骰子塌缩为一个读数,这样子解说,当然很难理解。所以说,量子态的塌缩,这种说法,应该纠正为量子本征态的呈现。

理解量子骰子的概念后,量子纠缠就容易理解了。A地和B地,两地相隔90万公理。就是光速通信,都要花3秒才能到达对方。一个来回要花6秒。这是通信速度的最快极限。现在两地各有一个量子骰子。两地事先约定,在各自的地方,每隔1秒去观测一次各自的量子骰子的读数,并且把观测到的读数记录下来。假设两地连续观测1000次,花了1000秒的时间。之后,把两地记录到的骰子读数拿到一起来比较,发现一个规律。A地的骰子读数小于等于3,那么B地的骰子读数就一定大于等于3。1000次里面,有70%满足这个规律。这就很不可思议了。按照我们常规的思路,两地骰子的读数,应该完全没有任何关系,完全是随机的。然而两地观测得到的读数,又确实满足这个规律。这个现象,按照常规思路,完全无法理解。

我们可以想到一个原因,A和B两地的骰子之间,存在某种通信行为,在商量各自的呈现的读数。但是,两地之间的距离是90万公理,连光都要花3秒才能达到对方。两地都是间隔1秒观测一次读数。所以,这种说法违背相对论,无法成立。

这种现象的存在,就叫量子纠缠。

理解量子纠缠的关键,就是理解这个量子骰子的概念。量子骰子,观测一次后,自动会再次滚动,一直到下一次观测。下一次观测后,又会自动滚动。如此循环往复。骰子的最基本特征是什么?就是随机性。第一次得到一个读数,和第二次得到的读数,两个读数之间没有任何关联。如果存在关联,那这个骰子一定存在一个机关,一定是在作假。

两地观测到的骰子读数。对于每一个地方,各自观测到的读数,每一次都是随机的。不同次的读数之间不存在任何关系,完全符合完美骰子的性质。但是,把两地的读数放在一起考察,却发现,在两地之间的每一次读数之间,存在一种规律,满足一个特定的关系。这就是量子纠缠。这是违背常规思路的。但是又是确确实实存在的事实。

发布于 2020-05-25 13:51
写下你的评论...

98 条评论
默认
最新
Wejish

之所以命名为塌缩,是因为量子客体接下来的行为是受测量影响的,量子客体会按照所观测到的本征态进行演化,而不会回到观测之前的状态,和你所说的呈现完全不一样。

2021-01-15
nzczll
作者

你的理解,那是你的问题。

和我无关。我只表达我自己的观点。

他人自有鉴别。

2021-01-15
nzczll

先把什么是科学态度搞清楚。科学态度不是容忍蛮横无理地怼人。

科学的态度是,你有自己不同的看法,那就说出你自己的解答,而不是单方面说另一方不对。谁对谁错,靠实验来解决。

既然连自己都不知道如何解答,那就旁观别人解答,不要只知道网上来怼人。

2022-07-31
nzczll
作者

补充一下。


观测影响结果,实际是一种决定论基础之上的说法。这种说法实际存在一个前提假设,那就是“如果不观测,那个结果是存在的”。这实际是一种在决定论基础之上的诠释。这种诠释就是,决定论的基础+观测的影响。这种诠释,其实完全是和量子力学的本意背离。

这种诠释,本质是加了一个决定论的背景到量子力学中来,把量子力学看成是对决定论的附加影响。物理世界本来是存在一个确定的结果的,只是观测影响了这个结果,才导致概率的出现。但实际上,这种诠释无法表达出量子力学的准确本意,必然导致概念之间的混淆不清,无法解释清楚量子力学的真正物理意义。

准确的意思就是,观测产生结果。不观测,那个确定的、作为一种基础的结果,根本就不存在。所以根本就谈不上观测对结果的影响。不观测,就没有那个结果。这样的诠释,就完全把决定论的背景去除掉,完全把决定论的影子从量子力学中消除。

2021-04-03
ZHIHU2024
观测产生个鸟🐦。观测就是对客观存在的如实反应。客观存在本来是个什么样观测到的就是什么样。
2022-05-07
烟酰胺单核苷酸
你都说模拟了,既然是模拟的那就是虚拟的 既然是虚拟的哪来的真的
2022-06-17
abada张宏兵
量子力学的基本数学是“复数概率论”,即概率论扩展到复数域。复数概率也叫概率幅。复数概率分布也叫波函数。用物理量的复数概率分布来描述的系统的状态,叫量子态。因为任何函数都可以看做矢量,所以复数概率分布也可以看做矢量,叫态矢量。各物理量的复数概率分布不是完全独立的,有些可以互相推出,互为傅里叶变换或其它幺正变换,于是可以抽象为同一个态矢量。就像任何函数与其反函数都可以看做同一个希尔伯特空间中的矢量一样。zhihu.com/answer/184318
2021-06-28
nzczll
作者
数学上,你这个没有问题。
问题在于物理上怎么来理解,就是所谓的诠释问题。
物理毕竟不同于数学。不可能单纯依靠数学来推动物理的进步。否则的话,就只需要数学就行了,物理学没有必要成为单独的一门学科。
最终还得搞清楚物理意义,才能推动物理学的进步。
2021-06-29
abada张宏兵
物理意义就是概率论拓展到了复数域。就像狭义相对论独特的数学基础是闵氏几何,欧氏几何拓展到了3+1维,同时包含了欧氏空间和双曲空间。量子力学的独特数学基础不是希尔伯特空间矢量,因为实际上:任何函数都是矢量,复变函数都是希尔伯特空间的矢量,傅立叶变换、酋变换都可以看做矢量的基变换分解。 用矢量语言描述函数没有独特性,太平凡了。

而科学的目的是预言,预言事实或事实发生的概率。费曼物理学讲义第一卷就说了,物理学从经典力学到量子力学,完成了一个转变,就是从试图确定性地预言事件,转变为预言概率。而复数域的概率,正是量子力学基本特征。 狄拉克晚年也总结到:量子力学的独特基础不是什么力学量算符之类,而是复数的概率幅。
2021-06-29
紫气secret
你这个理解又不准确的地方。测量以后,塌缩到其中一个本征态,并且按照该本征态进行演化,不会自动回到原来的叠加态,后面不管对该物理量怎么测,都是这个状态。相当于骰子你固定一次以后就不会动了。 只有当你随后对不共享本征函数的另一个物理量进行测量的时候,原先的物理量又会回到叠加态。
2023-05-02
塞北杏花

有没有可能纠缠的两个量子,并不存在任何通信,只是在它们产生的时候,就彼此自旋相反?后来不论分离多远,只是它们自旋行为从没改变过。如果考虑速度引力对时间的影响,那是否宇宙中存在一种绝对的东西,纠缠的两个量子,都是以这个绝对的东西作为参照在自旋?

2022-08-24
问闷
一点脑洞,每天正午12点,太阳都在头顶
2020-05-26
Wejish

老实说这样的观点不管说的多好听,都不可避免的涉及到意识影响客观世界这一令人并不喜欢的解释。

2021-01-15
nzczll
对。
本来意识和观测之间,就没有直接的联系。意识到底是什么,压根就是一个谜,人类目前根本没有搞懂它,更扯不上意识影响观测这种问题。
量子力学里面,一个外界作用,使一个粒子的量子态发生改变,就是观测,和人的意识压根没有直接关系。A粒子对B粒子发生作用,改变了B粒子的量子态,就叫观测。
人本来就是靠仪器去观测,不是靠意识去观测。仪器观测的物理实质,在微观上其实也是粒子和粒子之间的相互作用。
2021-06-20
图奇
有可能不是意识影响的,因为只要存在观测的行为,不管有没有“动物”参与,都会产生结果。
2021-06-19
零半径

叠加态象一个过程,坍缩象该过程结束时的结果,二者是过程和结果(或状态)的关系

2021-05-06
ZHIHU2024
是撒
2022-05-07
一凡享受夜晚

可是你还是没有解释为什么观测会产生结果,你只是把复杂的问题换了个汤,那就没有意义了

2023-11-28
山果清溪

科学问题被复杂化了。其实就是仪器中的粒子影响了光线。和观察不观察,观测不观测没有关系。就是干扰而已。拿 走仪器就恢复正常了,放上去又变粒子了。反复如此,哪有什么不确定性,就是确定的,有外力干扰而已。和观察有毛关系。之前没放仪器的时候,人不也在观察吗,不也是只有一个结果吗?

2023-09-25
查看被折叠评论
点击查看全部评论
想来知乎工作?请发送邮件到 jobs@zhihu.com