量子基础
概率幅(probability amplitude)
掷骰子时,你可以直接把机会相加:两个结果中任一发生的概率,就是它们各自概率之和。量子世界玩的是更奇怪的游戏。对于某事发生的每一种可能方式,它赋予的不是直接的概率,而是一个更微妙的量,叫做概率幅——而幅并不像普通机会那样简单相加。它们可以彼此增强,也可以彼此抵消,就像相互叠加的波。
幅是一个既有大小又有相位的数,很像一列既有高度、又有所处周期位置的波。预测自然如何行事的配方分两步。第一,把某事件所有不可区分的发生方式的幅加起来。第二,把这个总和的大小平方,得到真正的概率。次序极其重要:先相加、后平方,才让相位得以干涉。两条相位错开的路径,其幅会相减,于是单独任一路径本可允许的结果,在两条路都开放时反而可能变为不可能。这正是双缝图样的数学核心,暗带恰恰出现在两个幅相消之处。
概率幅是粒子物理计算的核心货币。每一张费曼图都是对幅的某一份贡献的配方;物理学家把一次碰撞或衰变所有发生方式的幅加起来,再把总和平方,以预测它发生的频率(散射截面或衰变率)。这些幅之间的干涉并非奇异的稀罕事,而是一种例行、可测量的效应,塑造着散射率,并支撑着对标准模型的精密检验。核心要点是:在量子物理里,你先把幅相加,再平方;绝不只是把概率相加。
在双缝实验中,暗带恰好位于经过缝一的幅与经过缝二的幅相互抵消之处——两种到达某处的方式,可以加出零概率的结果。
先把幅相加,再平方:相位让可能性相互抵消,而概率永远做不到。
在量子物理中相加的是幅,而非概率;只有在把总幅平方之后才得到概率,而正是这两步次序造就了干涉。
又称
另见