量子場論裡面能定義量子態的觀測和坍縮嗎?

時間 2021-10-17 14:10:33

1樓:東雲正樹

而在量子力學或者量子場論裡我好像根本就沒想過測量的問題, 因為一測量就結束了. 量子理論是由決定論的演化方程主導的, 我們可以或嚴格或近似地預言系統的演化, 但你硬是要去測量乙個結果, 比如說在量子力學裡測量物理量的值或者在場論裡測量出射粒子後系統的量子態就被你破壞了, 而這裡的隨機非么正演化就是所謂的量子態坍縮吧. 那從這裡開始就沒啥能繼續玩的了, It's over.

所以總的來說, 測量與量子態的塌縮指的就是 Hilbert 空間態向量的內積過程, 然後參與內積的兩方分別為系統現處的量子態與聯絡著觀測結果的正交投影測量算符的本徵態. 那只要 Hilbert 空間這個概念還在就不能說不存在量子態的觀測和坍縮吧? 只是我們很少去談論這個問題了.

, 而對應的本徵態就是描述確定動量的具體出射粒子的狀態, 只不過大家都不這麼說了, 我想這可能是因為量子的邏輯在這個階段已經公升格為我們的常識與直覺了吧.

Anyway, 如果對這方面感興趣的話我覺得還是可以去看看量子資訊領域的玩應, 他們連熵的糾纏度都細分了好幾種, 印象比較深刻的是這四種:

部分熵糾纏度 (the partial entropy of entanglement)

相對熵糾纏度 (the relative entropy of entanglement)

形成糾纏度 (entanglement of formation)

可提純糾纏度 (entanglement of distillation)

2樓:唐子騫

不能定義。

機翻兩段:

A1:不幸的是,答案是否定的。量子場論依賴於與粒子的量子力學相同的思想,在那裡,通過波函式的坍縮進行測量的基本問題首次被注意到。

QFT是量子粒子力學的連續版本,因為粒子的數量達到了無窮大。所以波函式坍縮的問題仍然存在。但QFT非常巧妙地迴避了這個問題。

由於QFT被定義為橫跨整個宇宙,所以它不可能被坍縮!!!只有比量子波函式大得多的物體才能使波函式坍縮。這是由於量子力學的哥本哈根解釋,如下文所解釋。

因此,在QFT的情況下,測量或波函式坍縮的問題成為乙個不存在的問題。

這個問題的根源在於,量子力學是乙個極其精確的理論,它描述了乙個量子物體的行為,例如乙個電子。但這種描述只限於量子世界,在這個世界裡,該物體是由編碼了關於量子物體的所有資訊的波函式的么正演化所定義的。這裡的么正性意味著總的概率加起來必須是歸一的。

哥本哈根解釋(1927)所描述的量子力學並不包括對量子屬性的經典測量,例如電子的自旋,在描述波函式的單元演化的數學形式中。在相對論電子的情況下,這是狄拉克方程,它是唯一能夠以完全一致的方式說明電子自旋的量子方程。

哥本哈根解釋迫使人們做出乙個特別的假設,即由乙個經典物體進行的經典測量會導致被測量的量子物體的波函式的坍縮。當然,這立即引起了如何描述經典和量子領域之間的邊界問題。

這樣乙個邊界對於正確區分經典(測量)物件和被測量的量子物件是絕對必要的。

這個邊界被頻繁地尋找了70年,但從未被發現。2023年,第乙個巨集觀量子物體(銣原子的玻色愛因斯坦凝聚物)在麻省理工學院的實驗室中被製備出來。顧名思義,這樣的物體儘管完全是量子力學的,但肉眼可見。

這樣乙個物體的存在使人們不可能相信量子力學的標準解釋所要求的經典和量子世界之間的明確界限。

波函式坍縮導致的測量問題仍然是量子力學或量子場論中最重要的未解決的問題。在過去的60年裡,解決這個問題的最重要嘗試是埃弗雷特的多世界解釋。但這其中存在著重大問題,例如如何處理最大化糾纏的粒子。

A2:不,它不能。事實上,QFT在它所能解釋的實驗型別方面甚至受到更大的限制。

在(非相對論的)量子力學中,波函式坍縮被臨時引入,以描述波的量子世界和看到粒子的經典觀察者的世界之間的過渡。這被稱為哥本哈根解詮釋,它是對這種二元性的絕望的權宜之計(基本上,20世紀初的一群物理學家聚集在一起,投票決定了官方解釋)。量子世界是確定性的--它是由微分方程驅動的--但它描述的是波而不是粒子。

經典世界是非確定性的,它描述的是粒子,但它只能給出各種結果的概率。

哥本哈根解釋之所以能存活至今,是因為它給出了正確的結果,而我們還沒有想出更好的解釋。有一種替代解釋--多世界理論,不需要波函式的坍縮,但它有自己的問題。很多物理學家(包括我自己)相信這種解釋,但這只是乙個品味和個人偏好的問題。

在QFT中,也就是量子力學的相對論性推廣,我們計算由S矩陣給出的躍遷振幅。以下是典型的設定:我們從一組相互遠離的粒子開始,因此我們可以忽略它們之間的相互作用。

這些粒子由相對論波函式描述。然後量子的事情發生了,粒子相互作用,新粒子產生,粒子消失,等等。在稍後的時間裡,一切都安靜下來,我們又剩下一組互不相干的粒子。

我們可以在我們的探測器中檢測到這些粒子,此時它們的波函式塌縮了。

3樓:qqqqq

我來說乙個不那麼好的答案。量子場論中波動性其實體現在「場」上,具體到粒子其實就是粒子性,沒有所謂波動性所以也不存在所謂塌縮(這裡其實沒說清楚)。

具體到相對論量子場論,因為我們觀測的其實是乙個個自由粒子,而高能標下粒子的波動性其實很弱了,甚至你可以認為單個粒子的運動做經典近視是完全合理的。此時座標動量可以同時測量。

所以隱約感覺量子力學某些時候其實比量子場論更量子。

4樓:melonsyk

所謂「觀測」「坍縮」的性質,與其說是量子力學的基礎性公理,不如說是乙個補丁,是乙個暫時性的讓理論預言和觀測結果可以相容的乙個外掛程式。事實上它本身和其它公理就是不相容的,量子力學要求時間演化是么正的,而坍縮就不是。所以你從開始就理解錯了觀測在量子力學中的地位。

Wightman axiom對標的是量子力學其它的公理,這些公理以hilbert空間為基礎,無論是場論還是弦論都是沿用的。而觀測始終是乙個附加的東西,只有談到實驗結果的時候才需要它。比如場論計算散射截面的時候,事實上就在做乙個坍縮概率的計算,你會發現關聯函式或振幅之後的計算都非常的不「場論」,因為那就是在做最後坍縮這一步的處理。

5樓:劉川

量子場論繼承了量子力學的全部假設,唯一不同的是,自由度的數目從有限的數目推廣到了無窮多。事實證明,這個推廣是危險的。量子場論中一系到深層的問題往往都源於此。

這導致除了極個別的toy model之外,目前還沒能構建出3+1維的有相互作用的場論。

所以,如果不要這麼ambitious,只是推廣到很多,那麼就會好辦很多,這基本上就是有效場論的觀點

6樓:DYTY

量子場論裡的觀測和塌縮和量子力學裡是一致的。量子場論裡,我們通常的觀測的是一些transition amplitudes " eeimg="1"/>,這和量子力學是一致的。但之所以不像初等量子力學裡那樣直接用 = e^|\psi(0)>" eeimg="1"/>來直接由初態解出末態,這是因為這個演化方程對於任何乙個非平凡的場論都太難解了,而且初態也不好定義。

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