For faster navigation, this Iframe is preloading the Wikiwand page for 任宁格实验.

任宁格实验

量子力学中,任宁格实验 (Renninger negative-result experiment) 是一个思想实验,它阐述了理解波函数坍缩量子测量的一些困难。它描述了一个粒子并不需要为使一次测量发生而被侦测到,粒子未被侦测到也构成一次测量。这思想实验在1953年由毛里求斯·任宁格提出。它可以被理解为莫特问题所展示的佯谬的升级版。

莫特问题

[编辑]

莫特问题是一个佯谬,它涉及到放射性核发出的α射线的球形的散射波函数,同在云室中看到的线性轨迹间的不一致。该问题1929年由内维尔·莫特爵士和维尔纳·海森堡提出。莫特认为正确的量子系统波函数应当包括α射线和云室中所有原子的,并在此基础上进行了计算,从而解决了这个问题。计算表明,只有观察到从衰变原子射出的直线形轨迹的可能性才非零。即是说,测量一旦被实施,波函数将变得只有在粒子的经典轨迹附近才非零。

任宁格实验

[编辑]

在任宁格的构想中,云室被替代为一对半球状的粒子探测器,完全包裹住在球心处的放射性原子,该原子将通过释放α射线而衰变。为达到这思想实验的目的,探测器被设定为100%有效的,即放射的α射线必定会被侦测到。
考虑量子测量的通常进程,显然若一个探测器记录了衰变,另一个探测器将什么也探测不到。单个粒子不会同时为两个探测器所探测到。要点在于,一个探测器未侦测到粒子等价于另一个探测器进行了一次测量。
考虑直径不同的两个半球,可以提升这悖论的强度,若更外层的探测器距离很远的话。在这情形中,内层探测器若没侦测到α射线,将得出(起初球对称的)波函数“坍缩”为半球形,(因外层探测器很远)但其仍在到外层的探测器的传播过程中,而一定最终会被外层探测器探测到。
在量子力学标准表述中,这可陈述为波函数部分坍缩了,并呈现半球形。而直到与外层半球相互作用之前,波函数的完全坍缩,即变为一个点,并没有发生。这思想实验的难题在于这样一个想法:波函数与内层半球相互作用,导致了它的部分坍缩,却并未触发内层半球的任何探测器。这表明波函数坍缩甚至在未侦测到粒子的情形下发生。

一般的反对意见

[编辑]

有许多对于这实验标准解释的反对意见,所有这些意见都显示出对量子力学理解的缺乏。其中一些意见,以及来自标准解释的反驳,列在下方。

有限的放射寿命

[编辑]

有时会注意到核的衰变时间不能被控制,有限的半衰期使结果无效。这意见可以通过根据半衰期恰当地设置半球的大小予以消除。半径被仔细地选择,以保证α射线到达更远的半球所花的时间,比衰变核的半衰期大得多。
为使这例子更具体,假设衰变核的半衰期为0.01微秒(大部分基本粒子的半衰期要更短些;大部分衰变核的半衰期要更长些;一些原子的电磁激发半衰期大约这么长)。如果一个人等待了0.4微秒,这粒子已经衰变的概率大约为;这意味着,可能性非常非常接近于一。外层半球将放置在光速乘0.4微秒的距离以外,即120米以外,内层半球要近得多,设为一米。
如果0.3微秒之后(例如),我们仍未在近的内层半球看到衰变产物,便可以得出粒子几乎绝对一定衰变的结论,但他仍在通往外层半球的路上。悖论涉及到这情形下波函数的正确描述。

经典路径

[编辑]

另一个通常的反对意见声称衰变粒子总是沿直线传播,仅仅是选取路径的可能性分布是球对称的。这无论如何都是莫特问题的错误诠释,所以是错的。波函数确实是球形的,不是大量平面波的非相干叠加混态情形)。混态与纯态的区别在另一个问题中可以清楚地阐明;即在通过贝尔不等式比较局域隐变量后面的想法和反驳的争辩中。

衍射

[编辑]

一个真实的量子力学波函数会在内层半球发生衍射,可在外层半球上观察到一个衍射图样。这并非真的是一个反对意见,反而是波函数部分坍缩已经发生的一个断言。如果衍射图样不能被观察到,我们将得出粒子坍缩为一条线的结论,保持这状态,它通过了内层;这清楚地同标准量子力学不一致,因而内层半球的衍射并不意外。

复杂衰变产物

[编辑]

在这反对意见中,它注意到,一个衰变产物要么自旋费米子),要么是一个光子(自旋1)。这被用以表明衰变并非真实的球对称,更应当有其他分布,比如一个P波。不管怎样,在进一步的考察中,我们看到这结论并不依赖于波函数的球对称性。甚至如果初始态可能被极化,例如将其置入一个磁场中,非球形的衰变图样仍能由量子力学正确地描述。

非相对论的语言

[编辑]

上述构想自然地用非相对论的语言书写;它注意到基本粒子都有相对论性的衰变产物。这反对意见只用来使问题更困惑。实验可以重新设计使其衰变产物运动较慢。在任何层面上,狭义相对论同量子力学并不矛盾。

不完美的探测器

[编辑]

这反对意见声称在现实生活中,粒子探测器总是不完美的,有时候两个探测器可能会同时失效。这争论只使问题更困惑,并未触及波函数的本性。

参阅

[编辑]

参考文献

[编辑]
{{bottomLinkPreText}} {{bottomLinkText}}
任宁格实验
Listen to this article

This browser is not supported by Wikiwand :(
Wikiwand requires a browser with modern capabilities in order to provide you with the best reading experience.
Please download and use one of the following browsers:

This article was just edited, click to reload
This article has been deleted on Wikipedia (Why?)

Back to homepage

Please click Add in the dialog above
Please click Allow in the top-left corner,
then click Install Now in the dialog
Please click Open in the download dialog,
then click Install
Please click the "Downloads" icon in the Safari toolbar, open the first download in the list,
then click Install
{{::$root.activation.text}}

Install Wikiwand

Install on Chrome Install on Firefox
Don't forget to rate us

Tell your friends about Wikiwand!

Gmail Facebook Twitter Link

Enjoying Wikiwand?

Tell your friends and spread the love:
Share on Gmail Share on Facebook Share on Twitter Share on Buffer

Our magic isn't perfect

You can help our automatic cover photo selection by reporting an unsuitable photo.

This photo is visually disturbing This photo is not a good choice

Thank you for helping!


Your input will affect cover photo selection, along with input from other users.

X

Get ready for Wikiwand 2.0 🎉! the new version arrives on September 1st! Don't want to wait?