量子基礎
疊加(superposition)
同時按下兩個鋼琴鍵,空氣不必在兩個音符之間做選擇;它把兩種振動融合成一個更豐富的聲音承載起來。量子系統能做出聽起來更怪的事:單個粒子可以處於兩種看似互斥情形的混合之中——既在這裡又在那裡,既這樣旋轉又那樣旋轉,既穿過這條縫又穿過那條縫——全都同時存在。這種可能性的融合就叫疊加。
更確切地說,如果一個系統能處於狀態 A,也能處於狀態 B,那麼它還能同時處於 A 與 B 的任意組合,其中每一部分都帶著自己的幅。這粒子並不是暗地裡只處於其中之一而我們一無所知;這個組合態是真實而獨特的物理狀態,它的兩部分能彼此干涉。關鍵的轉折出現在測量時:當你真正去看,你絕不會看到混合,而只看到一個確定的結果,按幅的平方所定的機率被選中。一個電子的波可以作為疊加同時穿過兩條縫,卻又落成一個單獨的點。
疊加正是量子物理力量與詭異之所在。它是干涉的根基,讓粒子同時探查許多路徑,在現代技術中又是量子計算的基礎。在粒子物理中,它在那些真實狀態是其他狀態疊加的粒子身上生動地顯現:在空間中穿行的微中子是不同質量態的混合,而這種混合緩慢地重新調相,於是微中子能在途中改變身份(振盪)。那種說粒子像兩個鬼魂一樣真的在兩個地方的漫畫式說法沒抓住要點;疊加是單一的狀態,由幅相加來描述,只有在被測量時才落定為某一個選項。
在太陽中誕生的微中子是質量態的疊加;它飛行時,各部分逐漸錯相,地球上的探測器可能捕捉到它已變成與初始不同的味——這就是運作中的微中子振盪。
一種會漂移、會重新調相的可能性混合,測量時才驟然落定為一個結果。
處於疊加的粒子是處於一個確定的量子態,而非暗地裡只處於某一個、只是我們恰好不知道;這一區別可通過干涉來檢驗。
又稱
另見