时间:2021.03.12
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量子力学是现代物理学最大的成就之一,它能够解释和精确预测多种现象。但是,量子力学的诠释始终充满争议。在试图理解用量子力学描述的世界时,我们遇到了巨大的困难。科学家为了克服这些困难做出了种种尝试,其中最有希望、可能也最简单的一种就是德布罗意-玻姆理论(de Broglie-Bohm theory,简称dBB),也被称为玻姆力学。
该理论得名于法国物理学家路易·德布罗意(Louis de Broglie)和美国物理学家戴维·玻姆(David Bohm)。德布罗意在1924-1927年间进行了这方面的开创性工作,随后,在20世纪50年代,玻姆进一步发展了这一理论。近年来,得益于对量子力学诠释的新的思考,它重新得到了重视和深入研究。
如果我们在双缝实验中使用比电子更大的粒子,比如小弹珠,那么这些物体将以接近直线的轨迹前进,它们在屏幕上的分布结果会呈现为两个点。然而,用电子等微观粒子进行的实验会呈现出截然不同的结果:屏幕上会出现条纹状的图案,粒子分布密集的区域(亮条纹)与分布稀疏的区域(暗条纹)间隔排列。这就是干涉条纹,是波特有的现象。
量子力学是如何解释双缝干涉实验的?它将电子描述为一种波,在数学上用波函数表达。就像经典物理学中的波一样,电子波到达狭缝时,每个狭缝就成了一个产生次级波的源。这时,两道次级波相互干涉,就形成了干涉条纹。
但是,电子波与机械波的类比到此为止。尽管电子波像涟漪一样,到达屏幕时会扩散到一片较为广阔的区域,但电子仍然只会在屏幕上留下一个点,此时电子本身并不会扩散。为了解释探测结果为何会局限于一个点,量子力学假设波函数发生了瞬间坍缩。量子力学认为,这种坍缩是在测量时发生的,并且我们观察到的屏幕上落点的概率分布是确定的——由波在这个点的振幅决定。对于屏幕上某个点来说,波在该点的振幅越大,波坍缩到这一点的概率也就越大。