量子力學一:形式體系

波恩定則(Born rule)

/ born (Max Born) /

薛丁格方程告訴你波函數如何運動,但 psi 本身只是一堆複數。是什麼把這些數字連到真實偵測器的一聲聲「喀」?波恩定則(Born rule)就是那座橋。它是把量子幅轉成機率的單一設準,也是量子力學之所以是一門有預測力的科學、而非抽象藝術的原因。

其陳述為:對於態 |psi> 與一個具有本徵態 |a_n>、本徵值 a_n 的可觀測量,測量得到 a_n 的機率是 P(a_n) = |<a_n|psi>|^2,即幅 <a_n|psi> 的模平方。對像位置這樣的連續變數,它變成一個密度,P(x) dx = |psi(x)|^2 dx。等價地,多次測量的平均值就是期望值 <A> = <psi|A|psi>。定義性的動作是「取複數幅的模再平方」——機率正比於幅的平方,這正是為什麼相互干涉的是「幅」(而非機率),才會產生條紋。

對它的地位要誠實:波恩定則是一條設準,不是從形式論其餘部分推導出的定理。葛里森定理(Gleason's theorem)證明,一旦你接受希爾伯特空間結構,模平方這種形式幾乎是被迫成立的;退相干(decoherence)則解釋我們為何會知覺到確定的結果;但「機率等於幅平方」在標準量子理論中仍是一個輸入。它最深刻的印記是:你先把幅相加、再平方——這個先後次序就是整個量子干涉的本質。

在雙狹縫實驗中,抵達某點的幅是來自兩狹縫的和 psi = psi_1 + psi_2;波恩定則給出亮度 |psi_1 + psi_2|^2,其中的交叉項產生了干涉條紋。

先加幅、再平方:交叉項 |psi_1||psi_2| 就是任何古典粒子圖像都給不出的干涉。

你平方的是幅,而不是各自的機率;先加幅再平方才造成量子干涉,而且這是被設定的、不是被推導出來的。

又稱
Born's ruleprobability rule波恩機率詮釋