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何謂量子坍縮?- 理解量子三部曲(2) - 當下科技

何謂量子坍縮?- 理解量子三部曲(2)

· · 專欄: 當下科技

人世間,四週充斥著量子,微細得無形無相,一旦被「觀察」,這些量子就會「坍縮」下來,成為我們可見的事物。若萬事萬物也是這道理,那我們們的存在,也該是持續被觀察著,這位觀察著,該是上帝吧!

量子坍縮是量子力學中的一個核心概念,描述了量子系統在被「測量」時從不確定狀態轉變為確定狀態的過程,這個現象源於「量子疊加原理」,意味著在沒有觀測的情況下,微觀粒子(如電子或光子)可以同時處於多個狀態的疊加中。

而「量子坍縮」的基本概念在量子力學中,粒子的狀態由波函數描述,該波函數包含了所有可能的狀態。當進行測量時,波函數會「坍縮」到一個特定的狀態,這一過程亦被稱為「波函數坍縮」。

具體來說,測量的瞬間,波函數從描述多個可能狀態的疊加,變為只描述一個具體的狀態。這一過程具有隨機性,但可以通過波函數的概率分布來預測不同結果出現的可能性。

核心實驗與理論量子坍縮的一個經典實驗是雙縫實驗。在未觀測的情況下,電子通過兩個狹縫時會形成干涉圖樣,顯示出波動性。然而,一旦引入「觀測裝置」,電子的行為會坍縮為單一粒子路徑,干涉圖樣消失。

這一現象驗證了海森堡不確定性原理,表明觀測行為會改變量子系統的狀態。薛定諤的貓思想實驗進一步闡釋了這一概念。在這個實驗中,一隻貓被放置在一個封閉的盒子里,盒子內有一個放射性原子,貓的生死狀態取決於原子的衰變。在未打開盒子之前,貓的狀態是「死」和「活」的疊加;只有在「觀測」時,貓的狀態才會坍縮為「死」或「活」中的一個確定狀態。

學界對於這種一旦觀察下存在多樣的結果,提出多種解釋:

1) 測量引發說:認為測量儀器與量子系統的相互作用導致坍縮,符合馮·諾依曼的量子測量理論模型。

2) 意識參與說:一些理論認為觀測者的意識在坍縮過程中起著關鍵作用,認為意識的參與是坍縮的必要條件。

3) 多世界解釋:該理論認為每次測量並不是系統坍縮到一個確定狀態,而是宇宙分裂成多個平行宇宙,每個宇宙中都存在不同的結果。

這些不同的解釋反映了量子力學的複雜性和未解之謎,科學家們仍在積極探索這一領域,以期更深入地理解量子現象的本質。

何謂量子糾纏?- 理解量子三部曲(3)

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