量子测量问题及其发展资料下载.pdf
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当量子力学体系处于波函数所描写的状态时,每次测量力学量F所得到的数值,必定是算符F的本征值之一,或者说量子体系在经测量后跃迁到相应算符的本征态上这一跃迁过程好像是希尔伯特空间里的一个“投影”运算,所以测量假设也常被称为投影假说uJ在这种理论形式下,量子体系在测量前后有一个本质的变化若F的本征态为I1,I2,I,其相应的本征值为a,a。
,a,并且I组成一个完全系在测量F前,波函数可以展开为算符F的本征波函数的迭加I一:
cI,式中C为复数,这时量子态是一个纯态,各本征态之间是相干的测量F后,会以几率IcI。
得到测量结果a,相当于体系的态或波包Igt)坍缩到它的一个分支I上测量后不同本征态之间变成不相干的,被测系统进入了混合状态量子体系在测量前后量子态发生的变化,引起了一系列争论包括所测值是否是体系的真实值,或量子体系是否存在真实值;
测量过程对量子体系造成了什么样的影响作用;
以及相关的重复测量问题、超选择问题、自我测量问题、测量的因果性和决定论问题等2解决这些问题的关键是在形式上寻求被测系统(微观客体)上的初始值与测量系统(仪器)上最终记录值之间的关联模型,以说明几率测量值究竟如何出现,而不仅仅是它以什么几率出现,此即所谓的量子测量问题最早给出形式化测量理论的是冯诺伊曼(vonJNeumann)(1935)3,他把仪器当做量子力学体系来处理,认为微观体系S的量子态在不受测量相互作用时按薛定谔方程演化,是连续的因果的变化过程在测量时要经历一个不连续的、非因果性的跃迁过程,这是由于人的主观感觉通过观察仪器指针而对客体进行干扰造成的具体来说,设微观客体系统S处于态=l,2中,为了测量F,S必须藕合到测量仪器上,形成量子关联的指针读数g。
,g,g。
,g,对应于F的本征函数d(0),d
(1),d(),其中(0)为仪收稿日期:
20020825作者简介:
王红梅(1972一),女,山西灵丘人,硕士,太原师范学院物理系助教,主要从事理论物理与物理学史的教学研究维普资讯http:
/第2期王红梅:
量子测量问题及其发展51器的初态在藕合之前,系统S+的态函数为l(o)一(fl)Id(o)藕合之后,变为I()一(fIn)1)Id()这成为I)Id()的叠加态,当仪器处于d()态时,被测微观客体便处于l)态,指针以lCnIz的几率指向g如何知道仪器处于Id()态时,也许可以把与第二个测量仪器藕合起来,但这样便导致了一个无穷递推为此,冯诺伊曼指出观察者观察指针的意识使得Igt(t)收缩到一个纯态l)ld()这样,经测量,S态成为l),指针从态ld(O)变到态jd(),指针读数从g。
变到g冯诺伊曼借助于人类意识对测量所作的解释遭到批判,如后来提出的“薛定谔猫”案、“维格纳(EPWigner)的朋友”悖论等责难一方面为了将主观意识排除于科学理论之外,另一方面,当时的物理学家们已意识到有关量子诠释中量子力学对宏观物体运动的适用性、量子力学的“非定域性”等问题实质上都是与测量问题密切相关的,所以量子测量问题成为了有关量子争论中的一个核心问题2量子测量问题的研究进展早期对量子测量问题的讨论主要从形式推演与哲学思辨两方面着手判断一个测量解释是否成立,要看它的形式上是否逻辑一致,哲学意义上是否显明合理如玻尔(NBorn)是从互补原理上解释测量的他认为量子测量中由于作用量子的存在,使客体和仪器之间的相互作用既不能忽略,也不能决定论地计算相互作用的不确定性使得客体和仪器之间没有严格的界限,客体与仪器在相互作用中的整体性排除了对相互作用的任何分析因为任何“分离现象”的企图都会引起一个新的、互补的现象,都会引起对“观察的新的理论”因此,他拒绝任何形式化的测量理论但更大多数物理学家是不满足于只对测量假设的应用他们相信,逻辑一贯性要求一个成熟的、有诠释的理论,不仅说明它所提供的信息,而且也说明获得这种信息的过程所以出现了各种各样的测量理论在哲学意义上引起较广泛争论的有诸如马格瑙(HMargenau)的“潜伏属性”理论、路德维希(GLudwig)的“经典特性”理论、埃弗雷特(HEvertt)的“多世界”理论等路德维希在尝试清除量子力学的主观因素时,希望通过逻辑演绎从显示非经典特性的宏观现象,推出量子力学基本概念的物理意义3他把测量仪器当做一个处于热力学亚稳态的宏观系统,认为仪器观微观系统测量的过程是依据亚稳态的热力学性质,特别是各态历经定理而受微观系统的扰动向热力学稳态演化的过程因此,测量是一个微观系统与一个宏观物理系统之间的不可分的链环,测量的任务就在于把微观系统的状态同宏观系统的平衡态联系起来虽然他在联系时又把人类主观能动性从感觉意识的作用移到了测量装置的设置操作上,使得解释同样难被接受但他强调微观客体与宏观仪器的相互作用,促使人们重新注重量子力学与经典力学的关系马格瑙从属性的本性方面来解释测量5他认为微观客体中真实的只是态函数,某些量子力学属性如质量和电荷是物体“固有的”而另一些属性如位置、动量、能量等则是“潜伏的”,即它们只有在被观察、被测量时才出现如电子的“与目身干涉的能力”隐含着“它同时处于许多位置”在双缝实验中,电子在撞击屏幕前没有确定位置,撞击时确定的位置才被“实现”马格瑙的理论又被卷入了哲学上唯名论、唯实论和实在论、反实在论之间一直争执不休的困境埃弗雷特把观察者看做是孤立系统中与其他子系统(包括微观客体和仪器)相互作用着的子系统他认为波动力学是一个完备的理论,既能描述每个孤立系统,也能描述每一个受观察的系统子系统没有相互独立的确定态,但对微观客体S的任意态,可以惟一地规定一个用表示的仪器的一个对应的相对态仪器通过与其他系统相互作用而“观察”它们,它通过“记忆”并储存作用过程中的“感觉、经验”,提供给我们有关客体的信息相互作用后仪器给出确定值的过程不是冯诺伊曼的那种收缩过程,而是“分裂过程”相互作用使最初由描述的世界分裂为许多同样真实的处于迭加态的各组分的世界,我们正处于其中之一的观察到某个测量值的那个世界挨弗雷特所作的大胆假设因“本体论上的过分”而很难被接受维普资讯http:
/52太原师范学院学报(自然科学版)第1卷近期对量子的测量问题的研究工作则侧重于构建具体的理论模型并通过设计各种精巧实验来检验理论的正确性真实可靠的实验结果为人类的认识提供了确实可靠的依据并打通了理论转化为技术的研究和应用通道如海森堡(wHeisenberg)曾用测不准原理来解释测量问题_7测量问题表现在双缝实验中是在探测粒子通过哪一条缝时会出现干涉条纹部分或完全消失的现象他认为这是由于准确测量粒子的位置从而不可控制地干扰了粒子的动量,使得干涉条纹模糊以至消失。
现在已能通过实验检验这种解释。
1998年德国Rampe研究小组用冷原子(铷)布拉格(Bragg)散射进行了路径(“WhichWay”)实验-8实验结果表明动量和坐标的测不准关系不是造成干涉条纹消失的主要原因本质原因则是由于形成了原子柬空间状态与内部状态的纠缠态而引起量子退相干,干涉条纹的消失是内部态作为“仪器”与空间态相互作用而造成空间相干性被破坏的结果这样便从技术上有力明确地否认为海森堡的解释理论还有一种理论认为,如果把量子测量当做一个由于相互作用产生量子纠缠的动力学过程,对实际中包含有限粒子数的微观系统加以测量,则其量子退相干不一定是一个瞬间,而可能是一个渐近演化过程1996年法国Haroche小组的QED(腔量子电动力学)实验证明了这一论点,展示了时间相干性被破坏的量子退相干过程在这些实验基础上一种解决测:
量问题的方案便是认为仪器具有宏观经典属性,在极限情况下可以用量子力学加以描述仪器的宏观性要求仪器必须由无穷多个自由度组成,仪器的状态可以写成集体态(仪器读数)与仪器(无穷分量)内部态形成的量子纠缠态再加上仪器与系统的量子纠缠,以及引用仪器与环境之间的特殊相互作用导致的仪器状态的理想纠缠,从而形成三重纠缠态以量子纠缠转化为经典关联来终断测量问题中的冯诺伊曼链完成这个方案的关键是如何把环境理解为仪器内部的自由度虽然这个方案还没有完善,但由于有相关可行性实验的设计,最终成立与否应该会有一个明确结果3量子测量问题研究的启示从量子测量问题研究过程可以看出具体的理论模型与实验正在替代过去思辨式的讨论这种现象一方面表明物理学领域中许多没有解决的问题有望取得突破性进展,而每个问题的解决又会开拓一个新的基础理论研究领域如量子测量问题中涉及到的量子力学与经典力学的关系是什么;
如果经典力学是量子力学的极限,量子力学又是哪种更精致理论的极限;
“薛定谔猫”案与生物自我意识的机制间有什么关系等这都关系到物理领域、乃至整个科学领域的最基本、最重大的理论问题,也许都会掀起科学界的革命,为人类的认识拓展更大的空间另一方面,这些问题的解决及相关实验的发展还开辟了一大片技术应用领域,如测量问题、EPR佯谬的研究开辟了量子编码、量子计算、远程量子通信等量子力学应用的新学科可见,物理学无论在引发新理论、影响其他学科或在开发应用领域上,其发展前景是空前广阔的现在物理学已经进入机遇迅速膨胀的新时代,它对科学、技术和国民经济的冲击力不断增强,正在成为全球化的事业因此对物理基础研究给以支持是社会发展的必然要求这种支持一方面需要政府和科学界对基础研究项目进行长期足量的经费投资另一方面需加强中学和大学基础物理学的教育,为培养专门物理研究人才奠定基础,也为科学文化的大众传播和训练技术劳动大军早做准备参考文献:
1何祚庥量子复合场论的哲学思考M北京:
北京师范大学出版社,19972(比)罗森菲尔德雷昂著戈革译量子革命M北京:
商务印书馆,19913(美)雅默马克斯著秦克诚译量子力学的哲学M北京:
商务印书馆,19894MurdochDNielsBohrSPhilosophyofPhysicsMCambridge:
CombridgeUnivPress,19875MargenauHAdvantagesanddisadvantagesofvariousinterpretationsofthequantumtheoryJPhysicsToday1954,7(7):
6176EverettHRelativestateformulationofquantummechanicsJRevModPhys,1957,29(3):
4544627WheelerJZurekWQuantumtheoryandmeasurementMNewYork:
PrincetonUnivPress,19838DurtS,eta1Qriginofquantummechardcalcomplementarityprobedbya“whichway”experimentinanatominterferometerLJNature,1998,395(3):
33379BruneM,eta1Observingtheprogressi、edecoherenceofthe“meter”inaquantummeasurementJPhysRevLett,1996,维普资讯http:
量子测量问题及其发展5377(9):
4887489O1o孙昌璞量子力学若干基本问题研究的新进展J物理,200130(5):
31o316QuantumMeasurementProblemandItSDevelopmentEAbstractWangHongmei(DepartmentofPhysics,TaiyuanTeachersCollege,Taiyuan030001,China)QuantumMeasurementProblemoriginatesfromtheexplanationsforthemeasurementhypothesisThetrendofsolvingthisproblemistOreplacepreviousthoughtfuldebateswithconstructingconcretetheoreticalmodels,designingrefinedexperimentsandvalidationsStudyachievementsaboutthisproblemindicatethatPhysicsisasubjectwithverybrightperspectivesanditsdevelopmentshouldbegivenmoreattentionsaswellasfinancialsupport(Keywordsquantummeasurement;
measurementproblem;
wavepacketcollapse(上接第33页)hrwidth一”size一”5”align一”left”noshadecolor=”#EC4413”6结语至此完成了流行语投票系统的设计与实现(本文提供的源代码均已在Windows2000IIS50中测试通过)这个投票系统虽然仅是一个具体的实例,但可以修改泛化应用于各种类型的投票或调查系统流行语投票系统作为流行语发布的一个定性测试部分已完成,而北京语言大学网络教育学院DCC博士研究室的流行语研究正方兴未艾,其流行语的研究和发布将持续滚动地进行下去,形成系列产品参考文献:
1王宏SQLServer2000数据库编程M北京:
人民邮电出版社,2001E2林志强ASP电子商务设计实务M北京:
中国铁道出版社,2001E33石志国ASP动态网站编程M北京:
清华大学出版社,2001AVotingSystemofCatchwordBasedonASPZhengZezhi(DepartmentofComputer,TaiyuanTeachersCollege,Tianyuan030012,China)(AbstractInthispaperweintroduceavotingsystembasedonASPThissystemtakestheadvantageofASPusingJavaScriptorVBScriptlanguageinHTMLdocument,andintegratesADOmoduleandSQL,thenaccomplishesavotingsystemEKeywords3ASP;
ADO;
avotingsystem;
database;
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