定義
量子測量是指在量子力學假設基礎的範圍內了解量子態的過程。在規則論中,測量的要素是測量主體、被測量對象、測量假設、測量方法和測量結果,它們的關係是:結構式1
有些人為理論,或者是為了解決特殊問題而“創造”出來的理論,可以使用結構式1的變化形式,更容易得到“實驗證明”。在結構式1中,可以近似地化為點態式:
一般地把這種點態表達式稱為測量特徵。其中稱測量範圍。在有些理論的假設基礎上,測量方法和測量主體組成複合系統而關聯,所以測量範圍往往就是測量主體的能力範圍,在歷史上,體現為人類的測量能力。
量子測量是:
結構式2
因為量子力學方法是數學方法,結構式2要經過演算後才能得到傳統物理測量方法,傳統物理測量方法得到的結果必須經過演算後才得到量子測量結果。
量子測量的特徵值為1,說明它沒有一般意義的測量範圍,進一步說明它只是人類進步過程中的一個過渡性理論。
在量子力學中,理論上把不同測量表示為一個算符運算,其實就是結構式2的一種點態表達,設測量算符為被測量算符為,一次測量表示為,則量子測量特徵為:
理解測量和量子測量
量子測量對一般人來說很難理解,學習和研究者也往往不得要領。主要是因為原來接受的“測量”概念先入為主的作用。一般講的測量,實際上是複雜的測量系統過程,掩蓋了測量的本質和關鍵內容。所以必須從更廣的角度和更深入的層次了解測量。廣義測量具有兩層內涵,一是人的內在認識行為,二是人的外在動作行為。第一種內涵是純數學意義的,當它與客觀發聯繫時就自然轉變為第二種內涵。第二種內涵有本質和表現兩方面。第二種內涵的表現就是傳統的測量內容,請參閱百度百科的“測量”詞條。
理解測量的本質
要理解量子測量必須先理解測量更本質的內容。測量分為簡單測量和複雜測量。簡單測量是人把感覺或感覺變化從接受的標準中進行選擇的行為,例如感覺溫度,說出溫度值。感覺其實是人體對其它事物作用人體的反應,其本質是一個相互作用。複雜測量是人從感覺中感覺事物之前某個相互作用,按特定標準量化的行為,例如用尺測量長度。顯然,複雜測量就是多個相互作用的結果。可見,相互作用和測量是測量的本質內容。如果沒有物體反射光,人就看不到物體,也就沒辦法用尺子來測量物體。白根弟指出:測量都是人參與的相互作用,也可以把人參與的相互作用定義為廣義的測量;標準是測量客觀化、社會化和人類化的必要條件,是不可缺少的橋樑,沒有標準的測量是主觀的,也就是感覺。理解量子測量
傳統的測量中,相互作用都是物質間的作用,如光、電、物體等,標準都是人能直接感覺的物理屬性的標準。但是,量子和量子態並不是一般意義的物質,而是在量子力學的假設基礎之上的物質,更不是人能直接感覺的物理屬性,所以理解起來非常困難。對於量子和量子態,在量子力學中有多種不同的解釋。根據規則論,這些不同的解釋其實是各自揭示了量子力學假設的不同方面,不應該把它們對立起來。而且顯然,不管是愛因斯坦還是玻爾,不管是20世紀的還是2013年的量子論研究者,他們的立場、觀點和解釋都只是量子假設基礎上的一小部分內容,還有很多內容還不為人知。至於為什麼各種解釋間有矛盾,並不是他們真實研究的反應,而是有人故意為之。
可見,量子或量子態是量子假設——包括量子假設的假設等基礎上事物,是由一系列不完整的數學表達式表達的事物,如果不對人強加量子假設基礎的話,是無法理解的、不存在的事物。所以,要理解量子或量子態,必須先在理解體系中加入量子假設的基礎,就可以理解表示量子和量子態的數學表達式的意義。
理解了量子和量子態,就可以進一步理解量子測量了。量子測量的本質是量子或量子態的相互作用,量子和量子態表現為數學表達式,所以量子測量表現為數學表達式的相互作用,也就是計算。根據規則論,任何具體無限性質的事物都有無限多種數學表達方式,到2013年止,量子或量子態的表達有波函式、矩陣、拓撲結構等,所以量子測量的數學運算也有多種不同形式。正因為同一內容還有多種數學形式,導致更難理解。
還有一個更使人難於理解的因素。純粹的量子測量只能揭示量子意義的客觀現象及規律,要證明對應一般意義的客觀現象及規律,還是要臨時放棄量子假設基礎,進行普通的測量的實驗,有些人錯誤地把普通測量也歸入量子測量。規則論告訴我們,不能把普通測量的結果直接理解為量子測量結果,必須要所謂的“評價系統”,有些別有用心者,正是利用這點來宣揚“量子世界的神秘”。
根據規則論,由本徵態作為量子測量標準得出的結果,與普通測量標準的結果並沒有一一對應關係,這實際上否認了由普通測量實驗完全證明量子或量子態事實的可能。任何普通測量實驗只能部分證明量子或量子態事實。同理,量子或量子態事實只是真事實的一個方面。因為科學理論都受一二假設限制,且不同的科學理論被限制的情況不一樣。
根據規則論,量子假設基礎是自封的,能夠建立有說服力的科學理論,並能揭示一些客觀現象及規律。但是,某些研究者企圖用量子力學解釋一所有客觀現象,甚至建立萬能理論,則是非常錯誤的;正確理解量子測量,就能知道這些萬能理論不可能實現和驗證。
量子測量的其它說明
在量子力學之中,所謂的“測量”需要有較嚴謹的定義,而特別稱之為量子測量。除了實驗物理上的考量之外,其涉及的層面也包括了哲學觀點。與經典物理中的測量不同,量子測量不是獨立於所觀測的物理系統而單獨存在的,相反,測量本身即是物理系統的一部分,所作的測量會對系統的狀態產生干擾。
量子力學中,可觀測量在數學上常以厄米算符(Hermitian)或自伴算符來表示。此算符的本徵值集合代表測量可能結果的集合。對於每個本徵值而言,存在有一個對應的本徵態(或本徵矢量),其為系統在測量之後的狀態。這種表征具有一些特質:
厄米矩陣的本徵值是實數。一個測量的可能結果恰好是給定的可觀測量的本徵值。
一個厄米矩陣可以么正式地對角化(參見譜定理(Spectral theorem)),產生了本徵矢量的一組 正交歸一基,可以架構出系統的態空間。一般來說,系統的狀態可以寫為任何厄米算符的線性組合。如此在物理上的意義即為任何狀態可以表示為一可觀測量其本徵態的疊加。