态叠加原理

在单个粒子的双缝干涉实验中，我们看到单个粒子也能表现出波的特性。为了解释这种现象，量子力学中提出了一种“叠加态”的假设，并将其作为量子力学的一条基本假设——“态叠加原理”纳入量子力学体系中。

态叠加原理指出，假设A和B是一个粒子的两种不同的状态，那么A和B的线性组合A+B也是这个粒子的可能状态，同时具有状态A和状态B的特征，A+B可称做“叠加态”。

按照这种假设，在双缝实验中，粒子穿过狭缝A时处于状态A，穿过狭缝B时处于状态B。实验装置令粒子具有了一种特定的叠加态，该叠加态是“粒子穿过狭缝A”和“粒子穿过狭缝B”的结合，记作A+B，也就是粒子同时穿过狭缝A和狭缝B。两道狭缝被捆绑在一起，于是在测量粒子位置时，会发现有干涉现象。

也就是说，按照这种假设，单个粒子同时穿过了两道狭缝，它自个儿跟自个儿发生了干涉。

但是，叠加态会被人为测量而破坏。假如我们要观察电子穿过狭缝的过程，那么它有50%的可能性穿过狭缝A，同时有50%的可能性穿过狭缝B，如果你观察到它从哪个狭缝穿过（即完成一次测量），叠加态就消失了，于是感光屏上就不会出现干涉。假如我们不观察电子穿过狭缝的过程，而只观察它最终落在感光屏上的形态，同时穿过狭缝A和狭缝B叠加态就会始终存在，就会看到干涉。

另外，粒子的某些属性在没进行测量之前是不确定的，我们也可以认为此时粒子处于多种属性的叠加态，只有测量完成后，它的属性才会固定下来。人们常用“薛定谔的猫”来“形象地”描述这种叠加态，但这并不是一个很好的例子，看下另一个关于偏振光的例子。

薛定谔的猫，处于死和活的叠加态示意图

（附注：一只猫被关在箱子里，箱子中有一小块放射性物质，它在1h内有50%的概率发生一个原子衰变。如果发生衰变，就会通过一套装置触发一个铁锤击碎一个毒气瓶毒死猫。在1h之内，你无法判断猫是死是活，除非打开箱子看。按照量子力学规则，可以认为猫处于死和活的叠加态，一旦你打开箱子观察，它就会从叠加态变成确定态）

当自然光射过偏振片时，可将各个方向的振动分解为平行于偏振方向的振动和垂直于偏振方向的振动。垂直于偏振方向的分量被吸收并随之消失，平行于偏振方向的分量通过，故光强只剩原来的一半。

在此我们只研究单个光子的情况。对于一个光子，在它没有通过一个偏振片之前，其偏振方向是不确定的，或者说，它处于所有偏振方向的叠加态中。只有你进行一次测量，也就是摆放一个偏振片让它通过，它才会有一个确定的偏振方向。