量子力学|量子力学核心概念之“测量”，测量行为是如何影响系统的属性的？量子力学

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在本系列的前2篇文章中：

我们一直在慢慢地、逐步地建立起测量（measurement）的概念：无论是局域性（localization），还是自旋效应（ spin effects）！都是如此。事实上，测量是一个如此难以掌握的概念，以至于让最聪明的人都感到困惑（包括爱因斯坦，他对测量的概率效应说：\"上帝不玩骰子！\"）。量子物理学中的测量概念，让初学者觉得最难消化，最令人吃惊。在充分了解了经典力学之后，当人们第一次了解到量子测量的真正含义时，往往会被 \"打脸\" 。
那么，在测量的概念中，有什么困难的呢？答案在于，在量子尺度上，测量的行为本身就改变了系统的结果！在这篇文章中，我们将对测量的概念进行分析，对测量现象建立一个相当好的直觉。
一个简单的定义让我们看看维基百科对量子测量的定义：

对一个物理系统的测试或操控，以产生一个数字结果。量子物理学的预测一般都是概率性的。

这应该是一个相当简单的定义，考虑到量子测量遵循与经典测量相同的原理，这是关于从给定的任意条件中产生一组具体的数值解/数据的过程；只有一个区别，考虑的系统是一个量子系统。
第二句话有相当多的重点。它说，量子力学的预测是概率性的。这意味着，我们无法事先通过一套方程准确描述一个量子系统将如何随时间演变，最终得到的是一个概率性的解。但在测量时，将得到的肯定是一个结果。当然，人们在自然界中是无法 \"看到 \"概率的。概率只是得到几个结果之一的机会，这就是量子力学中发生的情况。在求解方程组时，最终总是得到一个定义结果的概率。
让我们借助于一个例子来巩固这一点。比方说，在求解与斯特恩-格拉赫实验有关的方程组时，最终得到了电子的两种状态的叠加。比方说：
其中∣??只是指电子向上的状态作为结果，而∣??则指电子向下的状态作为结果。这就是我们在量子力学中描述叠加的方式。现在，对于任何射入SG仪器的电子，都会有同样的叠加状态。当然，你无法在屏幕上看到叠加状态，毕竟这只是电子的概率。所以，这告诉我们的是，在它通过仪器后，我们有50%的时间会看到它在向上， 50%的时间会看到它在向下。
这就是所说的波函数坍缩，即粒子在测量时失去了其叠加和相关的量子特性。这又是为什么呢？答案很直接，因为你不能 \"看到 \"一个概率！你可以看到两个可能性的粒子。你可以看到概率的两种可能性，但看不到概率本身。
反直觉的测量之谜在经过一番介绍之后，让我们把注意力放在量子测量的真正意义上。为了理解，让我们关注一个著名的量子实验，即双缝实验。

这里可以看到的是双缝实验的结果（下面解释）。你可以看到中间有一个被照亮的部分，另外两个微弱的照亮的光带伴随在它的两侧，形成一个漂亮的小图案。这主要是由于光的波特性，在通过狭缝时，波与自身发生衍射和干涉，形成这种图案。

你可能已经听说过这个实验。让我们回顾一下，将一束量子粒子射入两个狭窄的狭缝中。如果你设法非常准确地缩小狭缝，而且足够近，你应该能够看到这张图片中的双缝图案。现在，让我们再次进行这个实验，但要做一点修改：在使光子通过狭缝之前测量它们（放置一个探测器），然后看屏幕。你看到什么了！？