1. 量子态态叠加原理解析
量子力学一个基本原理就是态叠加原理.这一原理可以表述为:对一个量子系统Ψ在相同的条件下进行(一次性)观察,其观测结果既可能是A也可能是A非(A与A非构成完备的表象系统),系统状态的观察表象具有不确定性,即相同的系统对于相同的观察方式,状态表现具有非本征性(本征性即相同的状态相同的观察方式结果唯一确定,直观地说就是具有唯一确定性,非本征性即相同的状态相同的观察方式结果不唯一确定,直观地说就是不确定性,是真不确定性,只表现为可能性),那么系统Ψ在量子层面可以表示为如下态矢量叠加关系:
Ψ →|A>+|A非> (3)
为简洁起见,略去态的概率和本征值相关系数.态叠加原理反映的就是这两种观察结果的预计可能性同在(类比掷硬币正反两面结果的可能性预期同在),而不是这两种观察结果的现实确定性同在(掷硬币正反两面的现实结果只能是其中一种).所以,态叠加原理反映的不是两个观察结果的现实实像同在,而是数学逻辑性地反映了两个观察结果的可能性预期同在.因此,态矢量Ψ只有可能性的预期意义,其真实表现就是与外界环境发生现实关系的表象(实像),即等同于外界环境进行了观察(这里说的是强观察,不是弱观察,与人是否参与观察无关),也就是对Ψ作用一个观察算符的结果,即Ψ向外界环境展开表象.同时,态矢量Ψ被观测具有不确定的非本征性(既可能是A,也可能是A非),因此,对其作用了具有统计性的观察算符(记作M)的结果才是态矢量相对于环境的现实的表达(比如对波函数Φ加观察算符M,即<Φ|M|Φ>,其结果为共轭波函数的内积<Φ|Φ>,即波函数的模平方,从而才具有实数形式和概率实在意义),才具有实像物理意义.因此,量子系统Ψ在现实确定环境的表象结果必须对其作用一个观测算符M,其展开结果如下[4]:
<Ψ|M|Ψ>
→(< A |+< A非|)M(|A>+|A非>)
→< A |M| A >+< A |M|A非>+< A非|M| A >+< A非 |M| A非 >
→< A | A >+< A | A非>+< A非| A >+< A非 | A非 > (4)
由(3)式变换为(4)式,就完成了由预期可能性(不确定性,掷硬币预期正反两面可能性同在)结果向现实确定性的结果(掷硬币现实结果只能表现为一面)的转换,与具体观察方式无关,这是具有通用性意义的变换,这一变换过程就是量子塌缩过程,量子塌缩过程与具体观察方式无关,是其由预期可能性表象变换成现实确定性表象的数学逻辑必然.对系统Ψ观察所表现的< A | A >,< A | A非>,< A非| A >,< A非 | A非 >四种结果.如果A和A非 具有本征性(即在相同观测条件下,A只能表现为A,不可能表现为A非,A非只能表现为A非,不可能表现为A,即A及A非具有确定性),A和A非 彼此正交不能共存,那么观测结果(4)不可能是< A | A非>或<A非| A >的叠加共存关系,观测的结果要么是<A | A >(单纯的A态)而不是< A非 | A非 >(单纯的B态),或者是< A非 | A非 > 而不是< A | A >,A和A非 二者是的对立(互斥)互补(非此即彼)关系,二者不构成彼此共存的叠加关系,如电子的上旋和下旋关系,原子的电子磁矩之间关系,其对立性表现为是此则非彼,互补性表现为非此即彼;如果A或 A非(或二者同时)相对彼方具有非本征性(即在相同观测条件下,A既可能表现为A也可能表现为A非,或者A非既可能表现为A非也可能表现为A,即A或A非 具有兼容彼方性),则A和A非 二者非正交,那么系统观测的结果关系状态要么是< A | A非>要么是<A非| A >,A和A非二者是彼此共存的对立统一的叠加关系,如光子、电子穿过双缝产生干涉关系,光子偏振叠加,以及波粒二象性关系.目前,理论书籍对态叠加原理的表达关注的是(4)式中的本征性结果的第一项< A | A >和第四项< A非 | A非 >,没有关注(4)式中具有非本征性交叉的第二项< A | A非>和第三项< A非| A>结果,而将其去掉,但分析双缝干涉时,就必须将其补上.[5]下文将关注这一交叉项的意义分析.