量子基础
叠加(superposition)
同时按下两个钢琴键,空气不必在两个音符之间做选择;它把两种振动融合成一个更丰富的声音承载起来。量子系统能做出听起来更怪的事:单个粒子可以处于两种看似互斥情形的混合之中——既在这里又在那里,既这样旋转又那样旋转,既穿过这条缝又穿过那条缝——全都同时存在。这种可能性的融合就叫叠加。
更确切地说,如果一个系统能处于状态 A,也能处于状态 B,那么它还能同时处于 A 与 B 的任意组合,其中每一部分都带着自己的幅。这粒子并不是暗地里只处于其中之一而我们一无所知;这个组合态是真实而独特的物理状态,它的两部分能彼此干涉。关键的转折出现在测量时:当你真正去看,你绝不会看到混合,而只看到一个确定的结果,按幅的平方所定的概率被选中。一个电子的波可以作为叠加同时穿过两条缝,却又落成一个单独的点。
叠加正是量子物理力量与诡异之所在。它是干涉的根基,让粒子同时探查许多路径,在现代技术中又是量子计算的基础。在粒子物理中,它在那些真实状态是其他状态叠加的粒子身上生动地显现:在空间中穿行的中微子是不同质量态的混合,而这种混合缓慢地重新调相,于是中微子能在途中改变身份(振荡)。那种说粒子像两个鬼魂一样真的在两个地方的漫画式说法没抓住要点;叠加是单一的状态,由幅相加来描述,只有在被测量时才落定为某一个选项。
在太阳中诞生的中微子是质量态的叠加;它飞行时,各部分逐渐错相,地球上的探测器可能捕捉到它已变成与初始不同的味——这就是运作中的中微子振荡。
一种会漂移、会重新调相的可能性混合,测量时才骤然落定为一个结果。
处于叠加的粒子是处于一个确定的量子态,而非暗地里只处于某一个、只是我们恰好不知道;这一区别可通过干涉来检验。
又称
另见