雙縫干涉觀測？

01-03

剛剛看了一些有關量子物理雙縫干涉的東西，於是產生了以下一些疑問
1什麼樣的行為可以被定以為觀測？
2電子的雙縫干涉是用光子與之反應來進行觀測的，而被觀測時則不會產生干涉條紋，這是什麼因素導致其不發生干涉？
3如果也對光的雙縫干涉進行觀測，是否也會導致其不發生干涉？
4觀測會使波函數坍縮，原理是什麼？

5哥本哈根對量子物理的詮釋是物質只有被觀測時才有確定的位置，而導航波理論則認為物質本來就有其位置，支持他們的論據分別是什麼？
有人願意回答的話十分感謝

1. 觀測的行為沒有嚴格的，從第一性原理出發的定義。

一般來說，觀測指的是量子體系與一宏觀體系發生相互作用的過程：這一過程使得宏觀體系的某些經典狀態（如指針的位置）和量子體系的量子狀態（如自旋的取向）發生糾纏，從而使量子狀態「轉化」為經典狀態。具體的分析可以參考高等量子力學教科書中對馮諾依曼測量模型的介紹。

2. 傳統的討論認為光子與電子之間的相互作用「擾動」了電子的狀態從而導致干涉消失。這樣的觀點現在被認為是有局限性的。參見量子擦除實驗和延遲選擇實驗。單純的「測量擾動」並不足以令人信服地解釋這些實驗結果。現在通常更傾向於把干涉條紋的消除視為純粹的量子力學效應，不再試圖給出一個「經典意義上」的解釋。

3. 是的。上面的提到的實驗就是使用光子進行雙縫干涉。

4. 注意，所謂的「原理」，指的是一種規律或模型，它用於描述和概括客觀發生的物理事實。換句話說，我們只能針對客觀的物理事實來討論它背後的「原理」。雙縫干涉實驗中，「which way 測量」（即分辨粒子通過了哪條縫的測量）導致干涉條紋消失是客觀的物理事實，但「波函數坍縮」並不是客觀的物理事實，所以「波函數坍縮的原理」本身不是一個良好的問題。事實上，在哥本哈根詮釋里，測量公設是基本公設之一，「波函數坍縮」本身就是哥本哈根詮釋對於「干涉條紋消失的原理是什麼」這個問題的回答，「波函數坍縮」自己才是「原理」。

某種角度上說，我們可以認為，「觀測導致波函數坍縮」這樣的說法是我們對量子測量過程細節尚不了解的情況下，為了理論的簡單性而做的權宜處理。在哥本哈根詮釋以外的理論框架下，「波函數坍縮」這個概念可能根本就不存在。例如，多世界理論認為干涉條紋消失的原理是退相干，導航波理論認為干涉條紋消失的原理是測量儀器的存在改變了影響粒子軌跡的導航波，這兩種理論都從根本上不涉及「波函數坍縮」——它並不是客觀的物理事實，僅僅一種概念性的描述，這種概念不見得一定好用，也並不是不可替代，既然如此，討論它所謂的「原理」恐怕並不是一件有意義的事。

5. 目前尚沒有實驗結論可以證明或證否哥本哈根詮釋、多世界理論和導航波理論中的任何一個。儘管這三種理論基於明顯不同的基本假設，但它們對迄今為止的一切實驗都可以做出一致的預測。哥本哈根詮釋下允許包含「觀測者」的孤立系統有非幺正的（即不遵守薛定諤方程的）演化過程：孤立系統內部的觀測者對子系統的觀測行為會導致整個系統發生非幺正的演化（測量公設）。因此，至少從理論上，如果我們可以製造出一個具有特定微觀量子態的「測量儀器」讓它去「測量」，並且考察整個系統的演化，就可以證明（或證否）量子力學是否允許孤立體系進行非幺正演化，從而證明（或證否）哥本哈根詮釋。

1什麼樣的行為可以被定以為觀測？

答：一般來說，實驗上測到一個數據，算一次觀測。

2電子的雙縫干涉是用光子與之反應來進行觀測的，而被觀測時則不會產生干涉條紋，這是什麼因素導致其不發生干涉？

答：電子雙縫干涉是電子經過雙縫打到屏上，屏是感粒子的化學物質，會在屏上留下一個點。大量的電子打上去形成干涉的分布。並沒有什麼光在反應。

3如果也對光的雙縫干涉進行觀測，是否也會導致其不發生干涉？

答：電子和光的雙縫干涉是一樣的，都干涉，沒有區別。

4觀測會使波函數坍縮，原理是什麼？

答：波函數坍縮是量子力學一般框架無法解釋的。退相干（Zurek）詮釋認為，粒子與測量儀器相互作用，會使疊加態坍縮到一個本徵態上。嚴格講，初態是一個疊加態的系綜，經過測量儀器的相互作用，變成純態的系綜，發生退相干。另外，多世界（Everett）詮釋認為，世界是平行宇宙，每做一次觀測，我們就會掉到從觀測開始叉開的一個平行宇宙中去。

其中，退相干詮釋表明，觀測取決於什麼是測量儀器，一般認為實驗器材作為測量儀器就會出結果，與人眼的觀測無關。

坍縮背後是否有更深刻的物理，現在尚不知曉。有人認為這不需要去解釋，也有人認為量子力學還不完整。

5.哥本哈根對量子物理的詮釋是物質只有被觀測時才有確定的位置，而導航波理論則認為物質本來就有其位置，支持他們的論據分別是什麼？

答：談不上論據。因為哥本哈根詮釋就是波函數代表幾率，而他們只抓住現實的東西，那就是觀測才能有結果，觀測不到的不值得研究。

德布羅意波姆的導波理論，認為波函數可以拆解成函數R與S。S是作用量，滿足薛定諤方程推出的Hamilton-Jacobi方程，解HJ方程，可得粒子確定的運動，這個運動受到R的量子勢的影響。導波理論認為，粒子有確定的運動，由薛定諤方程推出，但是其運動形式特別混亂複雜，以致去算實驗觀測結果的時候，仍然會得到概率性的結果。

首先謝邀，但我不是專門研究物理的，更不是研究量子物理的，只是我的專業會涉及較多量子物理的東西而已，但我更多是不求甚解的運用而已，很多更深入的東西我也不懂，因此不便妄加解釋，以免造成誤導。

我幫你邀請了知乎幾個真正量子物理的大神，如果他們願意來回答，相信他們的回答會更加權威。

然後，根據題主的提問，我發現個問題，題主說「看了一些有關量子物理雙縫干涉的東西」，但題主似乎是在沒看過關於量子力學的書籍的前提下看的這個實驗，從題主的幾個問題中，過半都是量子力學入門書籍就有敘述的內容。未看基礎先看實驗，本就有點本末倒置，而看了實驗發現疑問，不嘗試自己去書海尋求解答，卻想通過提問快速獲得答案，又顯得有點急功近利，給人懶惰之感，題主甚至沒有試圖通過知乎的內部搜索尋求答案。

首先第一個問題，其實也是這個問題讓我感覺題主並沒有曾經試圖從正規的量子力學書籍尋求答案，因為從這個問題看出，題主對量子力學這個「觀測」的理解，就像大部分不看正規書籍卻企圖通過各種莫名其妙的文章，以及一些科普書快速認識量子物理的人一樣，是錯誤的。量子力學的觀測指是量子系統與經典客體的相互作用，與高中所學的人的「觀測」行為是存在非常大的區別的。

第二個問題，題主說「電子雙縫干涉被觀測時則不會產生干涉條紋」，不知道具體題主到底是哪裡看的，這與我印象中著名的單電子雙縫干涉實驗結果並不符合。我印象中的單電子雙縫干涉實驗結果是：每次發射單個電子通過雙縫，重複無數次後發現電子落點統計依然呈現干涉條紋，而不是不會產生干涉條紋。

第三個問題，「對光的雙縫干涉觀測」，題主是指單光子雙縫干涉實驗么？如果是這個的話早就有了。而結果跟單電子雙縫干涉實驗結果是一樣的。

第四個問題，這個應該就是所謂的「觀察者效應」吧，如果是該問題，當前我記得應該是無解的，就個人角度而言，我管它原理是什麼，關鍵是它的方程表述符合客觀事實，我可以用這些方程幹活就夠了。至於原理，還是讓正宗的物理學家頭疼吧。

第五個問題，哥本哈根解釋跟其他眾多解釋目前都是為了讓量子力學理論體系自洽的一種假設，論據就是整個量子力學本身，因為這些假設的目的是使得量子力學理論體系自洽。更具體的我也就不懂了，就像前面說的，我不是專門研究物理的，這些東西我只是不求甚解地能用就行，而哥本哈根解釋以及其他眾多假設就涉及更根本性的東西了。

最後推薦幾個專題，真的想找到答案還是要靠自己認真看看書。

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不過最後友情提醒一句，【成語】不自量力：不要自學量子力學，這也是幾個學理論物理的同學給我的忠告，所以我現在只管用，但是我從不再問為什麼，不會用的我就找他們這些學理論物理的教會我用，能用就行。。。。。至於我用不到的那些，我更是懶得去管它們的因為所以加道理。。。。。