坍缩:测量的另一面
测量把叠加换成结果,而且不可撤销
先测一次,再测一次,只要中间不打扰它,第二次一定得到同一个结果。这条规则平淡得像常识,代价却很大:第一次测量不只是读出一个值,它把态换成了那个值对应的态。
测量是一条投影
设被测的量有一组正交归一的基 。得到结果 的概率是 ;一旦得到 ,态就更新为 。这条规则叫测量的投影公设,也是酉演化之外的一条独立规则。
连续测量为什么稳定?第一次在 Z 基测得 0,态已是 ;紧接着再测 Z, 落在 上的概率是 1,只能再得 0。中间若插一个 H,态变成 ,再测 Z 又回到各一半:测量基一换,确定性就没了。
第二次测量也是投影,只是投到同一个基上;两次之间若有门或噪声,结论就变了。
演示里已经有第一个 H;再按一次 H,就能把 原样收回 。这条路走得通,正因为中间没有测量。
干涉还是坍缩
测量把两条可能的路径变成一条,另一条不会因为再施加一个 H 就恢复。
坍缩是描述,不是机制
「坍缩」这个词很容易让人以为波函数是一团有弹性的东西,被仪器一压就缩成一点。公设里没有这个「压」:它只规定测量后用哪个态、以什么概率,不解释为什么。把它当成动力学过程,是科普里常见的越界。
这就是测量问题:酉演化给出连续的叠加,测量却给出单个结果,两套描述在哪里衔接,公设没有回答。哥本哈根诠释、多世界诠释,以及退相干式的说明,对同一个实验给出的预测完全一样;差别在怎么讲述,不在实验室里能测到什么。
对写线路的人,结论只有一条:测量是非酉的、不可逆的,一旦发生,原来的相位关系就没了,所以线路通常把测量放到最后。
坍缩是仪器把波函数压扁的物理过程,换一台更精密的仪器就能避开。
坍缩是投影公设对测量后态的更新;它不是一条被观测到的动力学过程,也不能靠提高仪器精度取消。
把描述当成机制,就会误以为测量问题已经有了物理解答。
一句话结论
测量不是把隐藏的值翻出来,而是把叠加投影成一个结果,并按这个结果改写态。同一基上连续测量因此稳定,换一个基就重新随机。坍缩描述的是这次改写,不是改写背后的机器。
本节自测 · 3 题
未作答
01在 Z 基测得 0 之后,立刻在同一比特上再测一次 Z 基,结果是什么?
解析 · 第一次测量把态投影到 ,第二次测 Z 得到 0 的概率是 1。说「无法预测」混淆了「态被改变」和「态不再确定」;换到 X 基才会重新变成各一半。
02接上题,如果第二次改在 X 基测量,结果是什么?
解析 · ,在 X 基上两个结果的概率各为 。第一次的 Z 结果不改变这个展开;仪器型号也不进入预测。
03两位物理学家对测量问题持不同诠释,对同一个实验的预测会怎样?
解析 · 诠释的差别在如何叙述坍缩,不在概率规则;同一实验的统计预测由公设给出,因而相同。说「只有一个能被检验」把哲学立场和可观测预言混为一谈。