[论文解读] How and why the wave function collapses after a measurement

Massimo Fioroni, Giorgio Immirzi|ArXiv.org|Nov 16, 1994

NMR spectroscopy and applications参考文献 7被引用 6

一句话总结

本文提出，测量过程中波函数坍缩源于宏观测量装置中的第一类相变，该相变由量子系统相互作用触发。这一不可逆过程无需额外假定即可解释坍缩，因为不同宏观可观测量的终态在相对相位上变得不可观测，从而自然解释了从叠加态到确定结果的转变。

ABSTRACT

We explain the collapse of the wavefunction with the notion that, in a measurement, the system observed nucleates a first order phase transition in the measuring device. The possible final states differ by the values of macroscopic observables, and their relative phase is therefore unobservable. The process is irreversible, but needs no separate postulate.

研究动机与目标

• 通过无需人为假定的方式解释量子力学中的测量问题，即波函数坍缩。
• 为量子叠加态向测量过程中确定的经典结果的转变提供物理机制。
• 阐明测量装置中的宏观可观测量如何导致相对相位不可观测，从而解释坍缩。
• 通过相变动力学将测量过程与热力学不可逆性统一起来。
• 通过从相变的物理原理推导出坍缩，消除对独立坍缩假定的需求。

提出的方法

• 将测量装置建模为在与量子系统相互作用时经历第一类相变的系统。
• 将测量装置中新生相的成核识别为波函数坍缩的物理起源。
• 应用统计力学表明，具有不同宏观值的终态在相对相位上互不相关。
• 利用相变的不可逆性解释系统在测量后为何保持在确定态。
• 证明无需额外假定，因为坍缩自然地从宏观系统的动力学中产生。
• 依赖于终态中宏观可观测量无法相干叠加的特性，从而使相对相位不可观测。

实验结果

研究问题

• RQ1 从量子叠加到确定测量结果的转变背后的物理过程是什么？
• RQ2 如何从基本原理推导出波函数坍缩，而无需假定它？
• RQ3 测量过程为何不可逆，这与波函数坍缩有何关系？
• RQ4 测量装置中的宏观可观测量以何种方式阻止不同结果之间的可观测干涉？
• RQ5 测量装置中的相变机制能否解释表观坍缩？

主要发现

• 波函数坍缩并非基本假定，而是从测量装置中的第一类相变中自然涌现的。
• 相变的不可逆性解释了为何系统在测量后保持在确定态。
• 由于相变的性质，不同宏观结果之间的相对相位变得不可观测。
• 该模型通过从统计力学和热力学推导出坍缩，消除了对外部坍缩假定的需求。
• 该过程与标准量子力学一致，因为终态对应于宏观可观测量的本征态。
• 该机制无需额外假设即可自然解释测量结果的经典外观。