量子坍塌到底是个什现象？

有人提问：无意间看到''量子坍塌''这个概念，翻了很多资料看了一头雾水，越看越不明白，最后在脑子总算搭建了一个模式。意思就是说，你不观察它，也不知道它做了什么运动，你一观察，就只能看到它消失前的状态，最致命的是每一次消失的状态还不一样。大概就是这个意思。其实我想说的是，这种现在会不会就是时空穿越？

下面我回答这个问题：

量子力学中，几率的概念首当其冲，而且是实质性的。对于量子粒子的每个可能位置我们赋予一个复数，称作波函数。测量粒子的位置，它出现在某个可能的位置；测量另一个也由这个波函数描述的粒子，它出现在某个可能的位置。这样的过程重复很多遍，然后统计出现在每个位置上的次数，占所有次数的比例就是粒子处于这个位置的几率，等于波函数在这个位置的大小的平方。

现在我们问怎么描述粒子的速度。有读者可能会说，需要一个速度波函数，它的大小的平方就是粒子每个可能的速度的几率。正确！我们接着问，是不是可以同时描述粒子的位置和速度，比如粒子处在某个位置而且具有某个速度？这是经典物理和日常生活里的常见情况。有读者可能会说，用位置波函数描述位置，同时用速度波函数描述速度。

量子力学告诉我们不能这么做，因为速度波函数与位置波函数不是互相独立的。当量子粒子处于某个确定的位置时，再去测量它的速度，有可能得到各种结果，反之亦然。这是著名的海森堡不确定关系，也是所谓的波粒二象性：当一个量子粒子由一个连续分布的位置波函数描述时，表现出波动性（几率波）；如果我们测量它的位置，结果它必然出现于某个位置（虽然在每个位置都有可能），表现出粒子性。

为了描述这样的情形，我们引入量子态的概念，这是量子力学的中心概念。我们将量子粒子的位置和速度看成外部自由度，由一个外部量子态描述，它既可以表示成不同的位置态（具有确定位置）的叠加，也可表示成不同的速度态（具有确定速度）的叠加。波函数就是叠加系数。在数学上，量子态是一种向量（可以理解为一组数），叠加就是这些向量乘以叠加系数后相加。量子态服从叠加原理：同一系统的任意两个量子态的叠加依然是它可能的量子态。

量子力学的另一个基本假设是，当测量某个属性时，量子态就随机“塌缩”到明确具有这个属性的量子态之一，几率就是波函数大小的平方。当测量位置时，原来的量子态就变为某个位置态；测量速度时，原来的量子态就变为某个速度态。

在量子力学中，量子态实际上有两种过程，一个是测量之前由薛定谔方程描述的量子态的演化，是个可逆过程；另一个是测量导致的量子态的塌缩，是个不可逆过程。为什么不可逆呢？因为测量前的量子态可以塌缩到若干个态之一，根据塌缩以后的态是无法确定塌缩之前的态的。这个变化与薛定谔方程描述的量子态演化不融洽，因此被当作量子力学的一个基本假设。

施郁，复旦大学物理学系教授，理论物理和物理学史专家。

通过施老师的研究，我们或许可以思考占卜外应的一些物理学原理。

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