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论波函数的实在性

已有 3438 次阅读 2010-7-18 18:41 |个人分类:物理学哲学量子信息哲学|系统分类:人文社科|关键词:波函数,实在性,量子隐形传态,量子控制| 波函数, 量子隐形传态, 量子控制, 实在性

 吴国林
    波函数是否实在,是一个争论不休的问题,本文将依据实在的三个判据来论证波函数的实在性,欢迎反驳与学理性批评!
   目前,大多数的学者基本持玻恩关于波函数的观点,下面我们将从实在的三个标准角度来分析波函数的实在性。
   (1)从可观察标准来看,波函数本身并不能被直接所观察,但是,它能被间接控制,波函数所显现出来的量子信息可以被传递,这足以说明波函数具有可观察性。
   在量子隐形传态过程中,Alice要将一个未知量子态|φ>传递给Bob,经过有关的物理操作后,未知量子态|φ>的系数a与b就传递给非常远处的Bob处。如果波函数|φ>不具有实在性,那么传递给Bob的系数a与b就成为幽灵式的东西了。
    在量子控制情形中,波函数是可以被控制的。所谓波函数是可控的,是指在一个有限的时间内,能够将一个系统从一个波函数状态转变为另一个波函数状态。从可控性的关系来看,算符可控、观测可控与密度矩阵可控是等价的,纯态可控与等价状态可控是等价的,具有表示为:完全可控⇒密度矩阵可控⇔观测可控⇔算符可控⇒纯态可控⇔等价状态可控。
   由此表明,虽然量子系统的内部满足海森堡不确定性原理,量子系统仍然是可以被控制的,这充分说明波函数具有实在性,不仅如此,算符等也具有实在性。
  (2)从因果性标准来看,波函数满足因果性标准,因为波函数满足薛定谔方程。在量子控制论中,根据波函数演化的方程,我们构造演化算符U,从而控制波函数的演化。具体过程见第十章,量子系统的物理控制的基本过程就是:通过对薛定谔方程求解,可以得到解的一般形式,|ψ(t)>=U(t) |ψ(0)>初始状态|ψ(0)>和终态|ψ(tf)>已知时,就可以对所获得的演化矩阵U(t)进行分解,使其成为一组可以物理操作的脉冲序列,于是,对波函数实行量子控制。
   在量子力学的实验中,各种量子现象都能得到波函数的因果性预见。比如,在延迟选择实验中,末端测量处半反镜的移进或移出,在探测器产生什么样的经典现象,都可以通过波函数进行严格的计算,这是一个因果性解释。
   (3)从语义标准来看,波函数概念的正确性在于用于各种物理场合的正确预见,在经典物理看来是不可能的现象,但是,波函数都做出了解释。基于波函数的薛定谔方程,加上各种初始条件与边界条件,得到与经验相符合的陈述。比如,氢原子的能级等。
   各种证据表明,将波函数作为一种实在是适当的,泽认为:“如果一定要用操作不可及但是普适的概念来描述实在,那么波函数仍将是唯一的候选者。”“不管你怎么想:开始的时候是波函数。我们必须宣布薛定谔表象对海森堡表象的胜利。”[1]
   如果将波函数作为一种实在,那么波函数所具有种种性质,如量子叠加、量子干涉、量子非定域、量子纠缠等,这就意味着由波函数所表征的量子实在,的确具有不同于牛顿的原子等实体那样的实在性质。
   不仅波函数具有实在性,还具有量子信息的特点,而且算符也具有实在性。当然算符的实在性特点不同于波函数的实在性。


[1] H. 泽,“波函数:实体还是信息”。载[美]约翰·巴罗等编,《宇宙极问——量子、信息和宇宙》,朱芸慧等译,湖南科学技术出版社,2009年版,第86页。


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2 赵国求 吕喆

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