波会散开,探测却落在一点
把同一种碰撞重复很多次:让电子束射向靶,再按方向统计出射粒子。波动计算给出一片散开的图样;实验给出的则是一个个局域的探测事件,多次重复后才积累起来。两者之间还需要一条规则来连接。
束缚态能量本身给不出这条规则。氢光谱算对了,波函数代表什么仍可能悬而未决。Born 在 1926 年的碰撞研究中,借散射和靶的激发,追问数学振幅能对不同的物理结果预言什么。
先选定测量,再取振幅的模平方
对归一化的纯态,在一组正交归一基上作理想测量,下面的现代写法给出每个结果的概率。左矢标记结果,右矢标记制备态,求和遍及完整的结果集。复振幅本身不是计数。
这种紧凑写法比 1926 年论文的语言更一般,也更规范。在散射实验里,要把出射波换成计数率,还得计入入射流、出射流和探测器的接收范围。不同非弹性通道的出射速度可能不同,直接把某个系数平方,会漏掉这层权重。
证据阅读:M. Born (1926), Quantenmechanik der Stoßvorgänge, Z. Phys. 38, 803–827 — English translation of the extended collision paperM. Born (1954), The Statistical Interpretation of Quantum Mechanics — Nobel lecture, December 11
靶的激发再添一个标签
电子可以朝某个角度飞出而靶不变,也可以让靶获得一份允许的激发能后飞出。出射方向和靶的末态合起来,标记一个通道。能量守恒限定哪些通道开放,却不决定某一次碰撞的结果。
这样,电子碰撞实验中的离散能量损失,就和各结果出现的相对频率接上了。Franck–Hertz 的激发阈值证据,和 Born 对通道振幅的解释,是前后衔接的两步,不是同一个实验的两个名字。
证据阅读:M. Born (1926), Quantenmechanik der Stoßvorgänge, Z. Phys. 38, 803–827 — English translation of the extended collision paperM. Born (1954), The Statistical Interpretation of Quantum Mechanics — Nobel lecture, December 11
干涉保留在统计里
如果两个不可区分的过程相干地通向同一个记录结果,就要先把振幅合起来,再求概率。换成普通的混合,预言一般就变了。即使探测器最后只报告一个个事件,统计里仍保留着相对相位的信息。
所以,有用的比较要固定制备,只改变这些过程是保持相干还是变得可区分。光看到平滑的直方图还不够,经典波和经典随机过程也能给出平滑分布。起区分作用的是受控比较。
证据阅读:M. Born (1954), The Statistical Interpretation of Quantum Mechanics — Nobel lecture, December 11
Born 规则和 Born 近似是两回事
Born 近似是在适当条件下估算散射振幅的方法;Born 规则说的是振幅怎样对应到结果。第一阶近似失败了,说明散射要算得更好,并不说明概率规则错了。
同样,反复运行一个写好了这条规则的随机采样器,只能展示规则的统计后果,不能算是从实验中独立推出了规则。真正检验预言,还要考虑背景计数、效率、制备漂移,以及有限样本频率的不确定度。
证据阅读:M. Born (1926), Quantenmechanik der Stoßvorgänge, Z. Phys. 38, 803–827 — English translation of the extended collision paperM. Born (1954), The Statistical Interpretation of Quantum Mechanics — Nobel lecture, December 11
先看装置,再谈诠释
量子位 Lab 展示结果怎样依赖测量基;分波 Lab 在中心势模型中展示角分布。两者都不是 Born 的历史碰撞装置,它们预设的态和测量方式,本身就是所探索模型的一部分。
结果统计吻合,检验的是理论的预言,但它本身不能裁定关于波函数的所有哲学问题,也不解释每一个事件的来历。把这项预言上的成就放在眼前,最能看清 Born 的历史贡献。
证据阅读:M. Born (1954), The Statistical Interpretation of Quantum Mechanics — Nobel lecture, December 11