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量子力學與現實的本質:測量不是揭示現實,而是創造現實

發布時間:2025-10-22閱讀( 14)

我們都知道,物理學是基于實驗觀察的。我們通過與系統外部的儀表相互作用,來獲得關于系統內部性質的信息。例如,我們可以用一個溫度計來測量一個物體的溫度,或者用一個電流表來測量一個電路中的電流。但是,這些相互作用并不是無損的。當我們用儀表來測量系統時,我們也會對系統造成一定的擾動,改變它的狀態。這就是所謂的反饋作用。

在經典物理學中,反饋作用通常可以忽略不計,或者通過校準儀表來消除。但是,在量子物理學中,反饋作用卻有著根本性的限制。根據海森堡不確定性原理 ,我們不能同時精確地知道一個系統的兩個互補性質,比如位置和動量,或者能量和時間。這意味著,當我們用儀表來測量系統的一個性質時,我們必然會增加系統另一個性質的不確定性。這就是所謂的反饋不確定性。

那么,反饋不確定性對測量結果有什么影響呢?在經典物理學中,我們通常認為測量結果是系統性質的客觀反映,與測量方法無關。換句話說,我們認為系統性質是存在于系統本身的現實元素,而不是由測量產生的。但是,在量子物理學中,這種觀點卻遇到了很多困難和悖論。

發表在《物理評論研究》的一篇新論文中,作者提出了一個新穎而有啟發性的觀點:測量結果其實取決于系統和儀表之間量子相干相互作用的動力學。他們指出,在接近量子不確定性極限的精度下,儀表移動,即表示系統性質值的儀表指針位置變化,并不是由系統本身決定的,而是由反饋作用對系統造成的動力學變化決定的。

作者使用了一種稱為弱值的概念來描述這種動力學變化。弱值是一種在弱測量中使用的量子平均值,它可以在某些情況下超出系統性質的本征值范圍,甚至出現復數或無窮大的結果。作者證明了,在反饋不確定性足夠小的情況下,系統性質的弱值可以從反饋作用的哈密頓-雅可比方程中得到。

作者還進一步分析了在更高的測量精度下,測量結果是如何由不同反饋作用之間的量子干涉決定的。他們發現,當這種量子干涉對應于反饋參數的傅里葉變換 時,系統性質的本征值就會出現。這就解釋了為什么在強測量 中,我們通常只能觀察到系統性質的本征值,而不是弱值。

作者最后得出了一個令人驚訝而深刻的結論:在量子測量中,我們觀察到的系統性質值其實是由系統在相互作用過程中產生的反饋作用動力學的量子相干特征決定的。測量結果并不是反映系統本身存在的現實元素,而是反映了相互作用的動力學元素。這就意味著,測量并不是簡單地揭示我們看到的現實,而是在一定程度上創造了我們看到的現實。(www.ws46.com)

這篇論文為我們提供了一個全新而有趣的視角,來理解量子物理學中測量和現實之間的關系。它也為我們展示了如何利用系統和儀表之間量子相干相互作用的動力學來控制和操縱測量結果,從而實現新穎和有用的量子技術。

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