量子力學的測不准原理和疊加態說的是不是一回事,?如果不是又有什麼不同?

時間 2021-06-08 18:40:01

1樓:沒尾巴的耗子

從哥本哈根詮釋來解釋,本質上二者是一回事。反對以上所有直接粗暴否定答案。只擺定義不能說明問題。

測不准是源於態疊加。

疊加態不必過多解釋。關鍵點在於哥本哈根詮釋認為測量會使疊加態坍縮至該力學量算符的本徵態。

譬如我們要測量某個疊加態 的力學量A,A的本徵態為 ,其對應本徵值分別為 而該疊加態。那麼我們測量的結果可能為 ,對應概率分別為係數a,b,c,d……的模平方。

測不准關係(或不確定性原理)是指:若AB兩個力學量算符不對易即 ,則有二者測量的漲落乘積必然≥ 。

根據定理我們可知,若兩個力學量算符AB不對易,則二者必然沒有共同的完備本徵函式系。

那麼接下來就是不確定性原理與態疊加的聯絡之處了:

我們仍取在上面提到的關於A,B的設定:某個疊加態 ,我們對其進行力學量A的測量,則體系必定會坍縮為A的某個本徵態 。

此時我們立刻進行力學量B的測量。注意,由於A和B沒有共同本徵函式系,則 必定不是B的本徵態,而是B的本徵態的疊加。

假設B的本徵態分別為 而A的本徵態(其實這裡和上面都可以用矩陣表示……但是知乎的公式編輯器emmm)那麼測量B的結果,必然是不確定的。

以上就是對不確定性原理和態疊加聯絡的定性分析。可以看到不確定性原理的本質是不對易算符的本徵態是彼此的疊加態,疊加態的測量結果不確定。

2樓:BREEZE

區別還挺大的:

這個就得稍微科普下量子力學的世界觀了。

這裡本來想順便寫寫量子力學的五條基本假設,奈何在家沒帶課本,記不清具體的名字了,網上查了下,emmmmm,眾說紛紜,有些是錯的,有些不能說錯但是和我自己的習慣表述不一致,所以,略去了。

在量子力學的世界觀裡面是這樣的,首先你要描述一件事,得有乙個波函式(波函式咋來的,別問我,我沒學過高量,據說高量會學)。波函式會告訴你很多事。

這個是波函式假設,然後波函式需要滿足薛丁格方程,就是薛丁格方程假設了。到這裡,就允許疊加態的出現了。

要了解疊加態,首先你得知道啥叫本徵態。

這裡稍微舉個例子吧,不用薛丁格的貓了,我感覺薛丁格的貓這個例子不形象,還容易讓人產生誤解。就硬幣吧,和貓相似,但是又有一些不同,也是兩種狀態:正面向上和反面向上。

這兩種狀態,我們在量子力學裡面叫做本徵態。

就像兩個x,y座標,在這個座標軸上,只有單一的這一種測量結果。

這個測量結果,我們管它叫本徵值。(一般會是數值啦,這裡向上向下只是模擬)

然後呢,量子力學的世界沒有現實世界這麼簡單,並不只有這兩種狀態,還有處在其中的疊加態。也就是說,硬幣並不都是正面向上和反面向上的,可能是正面向上和反面向上這兩種混合的狀態。比如,百分之五十概率正面向上,百分之五十概率反面向上。

這是一種新的狀態,現實生活中沒有,你沒見過一半概率正面向上一半概率反面向上的硬幣吧,但是,量子世界裡面有哦。這個疊加態還能任意組合的,但是總概率加起來得是1.

我為啥不喜歡薛丁格的貓呢?因為半死半活得貓你肯定也沒見過,但是,在觀測上來說,你去整一群一樣的貓,一直去觀測,你會發現一半死了,一半活著。而,這些貓前面的所有條件都一模一樣,結果就是不一樣,而且對半分。

(當然,如果是其他疊加態,可能就不是對半分了。)

另外乙個是,如果,這個系統演化一下,死貓不會活過來,但是硬幣能翻過來。你應該沒見過,死了又活過來的貓。

吶,其實說到這,大概題主就明白了,什麼是疊加態了。

有了波函式了,我想知道乙個資訊。怎麼辦呢?就需要測量,測量就會得到乙個數,這個數就是測量值

這個測量值是怎麼來的呢?就是一種平均值,可以理解為帶概率的加權平均。

這裡其實已經用了力學量假設(我忘了具體叫啥),就是力學量能測量,測量出來的是平均值。

接著用硬幣的例子哈,你知道硬幣有正面向上,反面向上。如果我非讓你告訴我這個硬幣哪一面向上呢?那你豈不是沒辦法了,你說正面,不對,說反面,也不對,這都會讓人誤以為這是處於某一種本徵態上,那怎麼辦。

於是乎,你去測量一下吧,你測量了一下,發現測量到的其實既不是正面向上也不是反面向上,而是中間,就是百分之五十正面加百分之五十反面,等於中間。哈哈哈哈,這個是不是把各種狀態都區分開了。如果我們假設正面向上為1,反面向上為-1,那你測量的結果就是0。

即使你拿著乙個其他的疊加態,我也能和別的疊加態區分出來。(機智,but,有些疊加方式,你測量出來的結果是一樣的,呵呵,百分五十正面向上,百分之五十反面向上也可能不止一種疊加方式。)

吶,這是測量了,貌似和題目沒關係了是不是?其實不是的,我還能硬掰回來,哈哈哈哈哈哈哈

下面是啥,是測不准原理呀,測不准是不是和測量有點關係了。其實真沒啥關係(是不是以為我會掰回來,其實並沒有,嘻嘻嘻),這是翻譯的歷史原因導致的,測不准現在改名了,叫做不確定性原理。改名就是為了告訴你,測不准不是能力問題測不准,而是量子世界本來就滿足這個規律。

這是量子世界的一種規則和原理,和你測量技術,測量手段沒有半毛錢關係。

那什麼是不確定性原理呢? 不確定性原理是

這個東西,比較麻煩,其實是算符,前面你看起來很簡單,其實,

後面更麻煩,所以,我打算介紹乙個大家常見的其中一種形式,

哈哈哈,A,B算符分別是位置算符和動量算符的時候,就這樣了。是不是聽不懂,算符是啥?聽不懂我們就不管它了,你只要知道這個東西和單純的位置x和動量p有點不一樣就可以了。

具體表現就是,我們沒有辦法同時準確的知道位置和動量這兩個資訊。

下面我們說點能聽懂的,又到了開心的舉例子環節。

前面我們是不是介紹了測量下對硬幣有兩種基本的狀態(正面向上和反面向上),在兩種基本狀態之外,又有其他好多種其他狀態的硬幣(都是疊加態),到這裡有沒有發現一件事,從硬幣的正反面向上的角度來說,我們構建了乙個能描述所有硬幣狀態的體系。(怕聽不懂,就是說,我們有了兩種基本狀態之後,其他的所有狀態的硬幣我們都能用基本狀態的硬幣組合出來。)但是,這個時候,我們僅僅限於硬幣的哪一面向上這乙個性質而已。

(哈哈哈哈,我有沒有硬掰回來呀。沒想到吧。)

如果我想知道其他的性質呢?

比如硬幣的顏色,假設所有的硬幣都是由黑的和白的組成的。我是不是就可以參照「哪一面向上」的方式,構建乙個新的體系把硬幣的顏色描述詳盡。

那問題來了?我能不能同時知道,硬幣的那面向上和硬幣的顏色呢?聽上去有一些貪心,那如果硬幣的顏色和硬幣的哪面向上這兩個也滿足不確定性關係,對不起,你不能同時知道,如果不滿足,嘻嘻嘻,恭喜你,你可以同時知道。

(算符對易就可以哦)

如同式子中一樣,位置的變化和動量的變化的乘積要大於一定的值,意思就是,如果位置是確定的,那位置的變化就是零,這個式子是原理,所以必須滿足,那咋辦,動量的變化就得是無窮。零和無窮相乘才可能滿足上面的關係。

這就是那個令人難過的不確定性原理了!

硬幣只是模擬的講一下,也就是說,在量子力學裡面,座標的本徵態和動量的本徵態可以分別構成描述量子的乙個完整體系,不過他們的本徵態有無窮個。

兩個描述不同性質的體系之間還能變換過來,變換過去。

可以理解成座標系,x向上(正面向上),y向右(反面向上)可以描述一整個平面,x向左(白色),y向下(黑色),也可以描述同乙個完整的平面。

你可能又要問,哎?我知道兩個座標系下的座標不就同時知道兩個性質的所有資訊了嗎?

是的,你確實知道了所有資訊。但是,依然不妨礙你不知道確定的數值。

比如,你知道了乙個粒子的確切動量p了,我告訴你這個粒子它全部的位置資訊就是在全空間各處分布的概率一模一樣,你告訴我它在哪?

你知道了,硬幣正面向上的概率和反面向上的概率都是百分之五十,你告訴我,你觀測的時候,這硬幣會是哪一面向上呢?

好啦,就到這吧。

聽完了之後,我倒想問,他們有哪些相同呢?我特意把測量和觀測兩個詞做了區分,希望稍微注意下。

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