基本介紹
- 中文名：系綜詮釋
- 外文名：Ensemble interpretation
- 領域：量子力學
簡介,系綜與系統,單獨系統,測量與塌縮,參閱,
簡介
系綜詮釋表明，量子態能夠描述系綜的統計性質，但量子態不一定能完備地描述單獨量子系統的性質，例如，單獨粒子。在這裡，系綜指的是，理論而言，無窮多個以相同方法製備而成的系統，而單獨系統只的是其中任何一個系統。阿爾伯特·愛因斯坦是系綜詮釋的著名支持者之一，他主張，
若嘗試將量子理論描述視為單獨系統的完備描述，則這會導致不自然的理論詮釋；反言之，若能接受這描述所提到的是很多系統組成的系綜，而不是單獨系統，則這嘗試立刻會變得不必要。
——阿爾伯特‧愛因斯坦
至今為止，系綜詮釋的最有力發言者當屬西門菲莎大學物理學教授雷斯利·巴倫亭，他撰寫的教科書《量子力學的一種現代發展》（Quantum Mechanics, a Modern Development）對於系綜詮釋有很詳細的說明。
與許多其他種詮釋不同，系綜詮釋並不試圖從任何決定性程式對於量子力學給出辯解或導引，它也不會給出任何關於量子現像真實內秉性質的說明，它只是一種對於量子態的詮釋方法。
系綜與系統
在系綜詮釋里，系綜指的是，理論而言，無窮多個以相同方法製備出來的系統，而單獨系統只的是其中任何一個系統。這些以相同方法製備而成的系統，會擁有某些類似的性質，又會擁有某些差異的性質。例如，由很多動量相同的電子所組成的系綜，其位置會呈均勻分布，這些電子擁有類似的動量，但位置則不類似。這是因為不確定性原理，製備量子態的方法所製成的系綜，其任意兩個系統的每一種可觀察量數值不可能都完全相同。
系綜詮釋與哥本哈根詮釋的主要不同之處為
- 根據哥本哈根詮釋，純態對於單獨系統給出完備與詳盡的描述。
- 根據系綜詮釋，純態描述的是系綜的統計性質，而不是單獨系統的性質。
在系綜詮釋里，量子態可以用測量結果的機率分布來設定，而不可以用單獨測量的結果來設定。例如，在雙縫實驗里，從粒子源
發射出來的相干粒子束，照射在一塊刻有兩條狹縫
和
的不透明擋板。在擋板後方有探測屏。粒子抵達探測屏的輻照度會呈黑白相間的條紋，這是粒子的干涉圖樣，展示於示意圖最右邊。
設定
、
分別為粒子從狹縫
、狹縫
經過的量子態。粒子的量子態
為
量子態
是個疊加態，它描述的只是粒子經過狹縫
、狹縫
機率
、
，它並不能給出粒子的確切路徑。
哥本哈根詮釋不允許存在任何隱變數理論，因為量子態具有完備性；系綜詮釋對於隱變數理論不置可否，它只強調必須以系綜來詮釋量子態。
單獨系統
雖然系綜詮釋闡明，波函式不適用於單獨系統，但這不意味著系綜詮釋不能被套用於單獨系統，重點是在波函式與單獨系統之間不存在一一對應，例如，一個微觀物體可能處於兩種量子態的疊加態。系綜詮釋只能用來預言，對於單獨系統的某種性質做重複測量得到某個數值的機率。
構想擲骰子遊戲，同時擲兩顆骰子於桌子上。對於這案例，系統是兩顆骰子，擲出骰子後，會得到很多種結果，例如，兩顆五點、兩顆兩點、一顆三點與一顆六點等等，每一種結果都伴隨有對應的機率。擲兩顆骰子100次會得到一個100次試驗的系綜。對於這系綜，經典統計學能夠預言某種結果會發生的次數，但是，它不能夠預言某次擲骰會得到的確切結果。這就是系綜詮釋聲稱波函式不適用於單獨系統的原因。在這裡，單獨系統的意思就是說擲兩顆骰子一次。
對於這案例，哥本哈根詮釋的處理方式並沒什麼不同。不論是估算單獨系統或是估算很多系統組成的系綜，量子力學不能從量子態預言做實驗會得到哪種結果，只能預言得到某種結果的機率。雖然哥本哈根詮釋主張，純態對於單獨系統給出完備與詳盡的描述，這主張並沒有抵消任何量子力學預測的機率性質。為了要核對量子力學的預測，必須多次重複做同樣的實驗，換句話說，必須給出一個系綜。在這方面，這與系綜詮釋的內涵不謀而同。量子力學不能預測某單獨粒子會明確地在某時間會處於某位置，擁有某動量，儘管它能夠給定這單獨粒子的波函式。從這角度來思考，哥本哈根詮釋無法完備地描述單獨系統。
測量與塌縮
系綜詮釋的優點是，它乾脆地擺脫了量子態塌縮這艱澀的論題。系綜詮釋假定，波函式只適用於很多系統所組成的系綜，因此，可以避免要求單獨系統處於幾種不同的量子態，這樣，波函式不需要涉及約化的概念。舉例而言，構想一個量子骰子，其量子態可以以態向量的形式表示為
很清楚地，每一次擲骰子後，在六種可能量子態
至
之中，只會觀測到其中一種量子態。沒有任何明文規定疊加態 必須發生塌縮，或疊加態 必須實際存在。態向量 不能視為物理實體，不能視為照字面解釋的疊加態。根據系綜詮釋，態向量應該視為一種抽象的統計構造，只適用於很多個系統組成的系綜，不能套用於單獨系統；態向量 代表很多擲骰子事件組成的系綜，假設骰子沒有瑕疵，則得到每一種骰子數1至6的機率都是1/6。
