(3)如果探测器的测量存在5o%的不确定性(即只有5o%概率能准确测出光子路径),请推导此时屏幕上的光强分布,并讨论其物理意义。
林煜看着这道题,眼睛亮了。
这是他最擅长的——量子力学,波粒二象性。
他的“规则视野“瞬间展开。
他“看见“了:
光子像波一样通过双缝,在空间中形成干涉。
但当探测器开始测量,波函数坍缩,光子从“波“变成“粒子“。
他“看见“波函数在希尔伯特空间的演化。
他“看见“测量行为如何改变量子态。
他“看见“不确定性如何影响干涉模式。
答案就在那里,清晰无比。
林煜拿起笔,开始写。
第一问,定性分析,他写得很流畅——
“根据哥本哈根诠释,测量会导致波函数坍缩。当探测器测量光子路径时,光子的量子态从叠加态坍缩为本征态,失去相干性,因此干涉条纹消失……“
很好。
第二问,定量推导。
他需要写出光强分布的数学表达式。
无探测器时:II?(1+cos),其中是相位差……
这个他会。
有探测器时:光强分布变成……
林煜的笔停住了。
他知道答案应该是什么样的——他能“看见“那个函数的图像,能“看见“概率密度的分布。
但他不知道怎么用数学语言写出来。
他需要用到密度矩阵。
他需要考虑混合态。
他需要……
薛定谔方程?不对,这里要用态矢量的演化……
还是密度算符?
林煜在草稿纸上疯狂演算。
一行,两行,三行……
不对,这样推导下去,会陷入无穷级数。
他擦掉,重新写。
用路径积分?不对,时间不够算这个……
用算符方法?但是怎么处理测量导致的退相干……
时间一分一秒过去。
林煜的额头开始冒汗。
他能“看见“答案,就在那里,触手可及,但他就是写不出完整的证明过程。
就像看见山顶,却找不到上山的路。
第三问更难。
5o%不确定性的探测器……
这意味着量子态是部分叠加态和部分混合态的组合。
林煜的“规则视角“告诉他,最终的光强应该是两种情况的统计平均——