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《当物理成为修行》

第三十四章:竞赛的失败
 林煜看着这道题,眼睛亮了。

    这是他最擅长的——量子力学,波粒二象性。

    他的“规则视野“瞬间展开。

    他“看见“了:

    光子像波一样通过双缝,在空间中形成干涉。

    但当探测器开始测量,波函数坍缩,光子从“波“变成“粒子“。

    他“看见“波函数在希尔伯特空间的演化。

    他“看见“测量行为如何改变量子态。

    他“看见“不确定性如何影响干涉模式。

    答案就在那里,清晰无比。

    林煜拿起笔,开始写。

    第一问,定性分析,他写得很流畅——

    “根据哥本哈根诠释,测量会导致波函数坍缩。当探测器测量光子路径时,光子的量子态从叠加态坍缩为本征态,失去相干性,因此干涉条纹消失……“

    很好。

    第二问,定量推导。

    他需要写出光强分布的数学表达式。

    无探测器时:I = I(1 + cos(δ)),其中δ是相位差……

    这个他会。

    有探测器时:光强分布变成……

    林煜的笔停住了。

    他知道答案应该是什么样的——他能“看见“那个函数的图像,能“看见“概率密度的分布。

    但他不知道怎么用数学语言写出来。

    他需要用到密度矩阵。

    他需要考虑混合态。

    他需要……

    薛定谔方程?不对,这里要用态矢量的演化……

    还是密度算符?

    林煜在草稿纸上疯狂演算。

    一行,两行,三行……

    不对,这样推导下去,会陷入无穷级数。

    他擦掉,重新写。

    用路径积分?不对,时间不够算这个……

    用算符方法?但是怎么处理测量导致的退相干……

    时间一分一秒过去。

    林煜的额头开始冒汗。

    他能“看见“答案,就在那里,触手可及,但他就是写不出完整的证明过程。

    就像看见山顶,却找不到上山的路。

    第三问更难。

    50%不确定性的探测器……

    这意味着量子态是部分叠加态和部分混合态的组合。

    林煜的“规则视角“告诉他,最终的光强应该是两种情况的统计平均——

    I = 0.5 × I相干 + 0.5 × I非相干

    但具体的推导……

    他需要用到量子测量理论。

    他需要用到POVM(正算符值测度)。

    他需要……

    “我不会。“

    林煜盯着试卷,这三个字在脑子里轰然响起。

    他知道答案,但他不会证明。

    他的直觉超越了他的数学水平。

    距离考试结束还有二十分钟。

    林煜还在草稿纸上写写画画,但越写越乱。

    他的手开始颤抖。

    心跳越来越快。

    不行,冷静,一定有办法……

    就在这时,他的“规则视野“突然失控了。

    可能是因为太焦虑,太想“看“清楚,他的感知能力像洪水一样涌出来——

    他“看见“考场里所有人的呼吸节奏。

    “看见“光线在空气中的散射。

    “看见“声波在墙壁上的反射。

    “看见“每个人笔尖与纸张摩擦产生的微弱热量。

    “看见“空气分子的布朗运动。

  

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