||
四、量子力学统计系综解释
一、玻普尔、布洛欣采夫的统计系综解释
1902年吉布斯在其所著《统计力学的基本原理》一书中首先提出了系综概念。统计物理学面对的研究对象是数目大得惊人的原子、分子系统。为了从系统大量无用信息中选出有用信息,使问题简化, 吉布斯采用“大量的、完全一样的、相互独立的系统的集合”来研究巨大系统的宏观物理行为,这种“大量的、完全一样的、相互独立的系统集合”就称为统计系综。“完全一样”是指系统的物质构成相同、自由度相同、哈密顿量和外部环境相同。经典统计系综中的原子、分子系统实际上均是具有决定论意义的宏观粒子。吉布斯的系综概念只是设想的计算工具,是个辅助概念。
与经典系综不同,量子统计系综由全同制备出来的系统所构成,量子统计系综中的每个成员都是一个微观系统。若系统是电子, 则这个量子统计系综就是所有全同制备出来的单电子构成的无限集合。一个动量本征态—位形空间中的平面波,就代表一个量子统计系综。
人们把假设“波函数是对统计系综性质的描述”叫量子力学统计系综解释。在统计系综解释中,量子态代表了一个全同地制备出来的统计系综,量子力学是对系综进行测量所得结果的统计预言,|ψ|2是系综中的粒子在r处出现的几率密度,相对于单个系统谈论概率没有意义。波函数本身不是一种实在元素,它仅是描述统计系综的属性,纯量子态和混合态也是统计系综某些统计特性的表征。在讨论玻尔正统解释与统计系综解释的区别时,一般人们把假设“波函数是对单粒子系统性质的完备描述”叫哥本哈根解释,也称哥本哈根强解释;而把量子力学统计系综解释,称哥本哈根弱解释。
量子力学统计系综解释有两个不同版本。一种是PIV系综解释,它承认所有可观察量在测量前就拥有确定值。态函数代表系统的系综,但组成系综的系统在测量前具有潜在的确定位置,并可转变成测量结果。这是在为量子力学寻找决定论基础,因此, PIV系综解释是定域决定论解释。这与玻姆的隐变量解释类似。另一种是所谓简称“统计解释”的统计系综解释,它正好与PIV系综解释相反, 不承认可观察量在测量前拥有确定值,隐变量不存在,并简单地把态函数看成一种“无结构”的“最小”系综。量子测量就是对“最小”系综的测量。霍姆和惠柯则称其为“最小”系综解释,也称“最低限度”系综解释。
统计系综解释中,测不准关系就是多次测量中观察值偏离平均值的统计散布关系,即涨落,而且