波函式坍縮

波函式坍縮

波函式坍縮,是微觀領域的現象。微觀領域的物質具有波粒二象性 ,表現在空間分布和動量都是以一定機率存在的,比如“電子云”,我們稱之為波函式。

基本信息

簡介

波函式坍縮,是微觀領域的現象。微觀領域的物質具有波粒二象性,表現在空間分布和動量都是以一定機率存在的,比如“電子云”,我們稱之為波函式。當我們用物理方式對其進行測量時,物質隨機選擇一個單一結果表現出來。如果我們把波函式比作是骰子的話(比如電子云),那么“波函式坍縮”就是骰子落地(比如打在螢幕上顯示為一個點的電子)。

詳細說明

波函式從疊加態坍縮成A或A非至少從某種意義上符合最大熵(最大信息量)原理。

當我們要測量粒子的動量的時候,粒子不一定剛好處於動量的本徵態,這個態可以表示為動量本徵態的疊加(動量本徵態組成一組完備的希爾伯特空間的基矢),當我們用儀器對粒子進行測量的時候,相當於是對粒子進行了一個作用,即用動量算符作用在這個態上,只進行一次測量的時候,我們只能得到一個動量值(動量本徵值),而這個時候的態,只有處於動量的相對應的本徵態上時才會這樣,這就是說,當進行測量的時候,因為我們的儀器對粒子的影響,使得粒子由原來的態坍縮到了這個動量本徵態。但是我們測量的時候,也可能得到其他的本徵值,即,也可能坍縮到其他的動量本徵態,所以,要進行多次測量。

示例

假設量子基態為 A, A非, 又假設疊加態為

B = c1A + c2A非 (1)

從性質上來看,我們總可以認為 B有一部分屬於A,另一部分屬於A非,於是有,歸一化的疊加態為

Bn= rA + (1-r)A非 (2)

0<=r<=1

現在來考慮Bn 所包含的相對信息量,顯然相對信息量以A或A非為參照物是合適的,比如考慮“又死又活”的薛定鄂貓相對於“死”或“活”包含多少信息是合適的。

於是我們形成了兩種泛有序對

(A,Bn) (3-1)

(A非,Bn) (3-2)

我們要問:(3-1)和(3-2)取什麼形式所包含的信息量最大呢?

現在考慮(3-1)的泛有序對所對應的廣義集合

A + Bn = (1+r)A + (1-r)A非 (4)

這個廣義集合所對應的信息熵為

H= -(1+r)/2log2 ((1+r)/2) - (1-r)/2log2 ((1-r)/2) (5)

顯然當 (1+r)/2 = (1-r)/2, 或 r=0時, 信息熵H取最大值Hmax

Hmax=1(比特) (6)

此時 (A,Bn) = (A, A非) (7)

再考慮(3-2)的泛有序對所對應的廣義集合

A非+Bn = rA+ (2-r)A非 (8)

這個廣義集合所對應的信息熵為

H= -r/2log2 (r/2) - (2-r)/2log2 ((2-r)/2) (9)

顯然當 r/2 = (2-r)/2 , 或 r=1時, 信息熵H取最大值Hmax

Hmax = 1(比特) (10)

此時 (A非,Bn) = (A非, A) (11)

於是我們得出結論:波函式從疊加態坍縮成A或A非至少從某種意義上符合最大熵(最大信息量)原理

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