10、量子叠加与相关概念的深入解析

量子叠加与相关概念的深入解析

1. 量子叠加的双缝实验

双缝实验是理解量子叠加现象的经典实验。在这个实验中，有两种不同的情况，分别对应着不同的实验结果和物理意义。

1.1 有探测器的实验（无干涉情况）

当两个探测器开启时，两个狭缝都打开，探测器会记录电子通过的狭缝。基于此，可以绘制三条分布曲线：
- P1 ：电子通过狭缝 1 的分布曲线。
- P2 ：电子通过狭缝 2 的分布曲线。
- PD ：电子通过狭缝 1 或狭缝 2 的分布曲线。

实验结果表明：
[PD = P1 + P2 ; \int dx PD(x) = 1]

从量子力学的角度解释，电子从源以概率振幅 φ 出发。当概率振幅遇到狭缝处的探测器时，会进行测量，概率振幅 φ 会塌缩到 (|\varphi_1|^2) 或 (|\varphi_2|^2)，取决于电子被检测到通过哪个狭缝。电子以经验状态到达屏幕，在屏幕上某点被观测到的概率由 (|\varphi_1|^2) 或 (|\varphi_2|^2) 给出，所以 (PD = |\varphi_1|^2 + |\varphi_2|^2 = P1 + P2)。这种情况下，电子的行为类似于经典粒子，因为探测器的测量使得电子有了确定的路径，就像子弹穿过有两个开口的金属屏幕一样，不会产生干涉图案。

1.2 无探测器的实验（不确定情况）

当移除狭缝处的两个探测器时，电子逐个发射，且不进行测量以确定电子通过哪个狭缝，因此电子的路径是不确定的。电子从源