В квантовой механике квантовое состояние относится к состоянию квантовой системы. Квантовое состояние задается как вектор в векторном пространстве, называемом вектором состояния. Вектор состояния теоретически содержит статистическую информацию о квантовой системе.
Статья в Википедии о квантовом состоянии предполагает, что квантовое состояние системы действительно является ее вектором состояния, который содержит статистическую информацию о ней.
Но что это за статистическая информация? Местоположение частицы, импульс, волновая функция и... энергетический уровень?
Когда я измеряю импульс и положение электрона, принцип квантовой суперпозиции предполагает, что я получаю результат, соответствующий только одному из его возможных состояний, потому что он проявляет как волновое, так и парциальное поведение. Но что такое возможное состояние?
Хотя понятие состояния можно четко определить, на определенном уровне требуется определенный уровень абстракции, чтобы действительно понять, что такое состояние. С концептуальной точки зрения легче думать о состоянии в классическом контексте. В классическом контексте состояние — это просто определенная конфигурация объектов, которые используются для описания системы. Например, в случае выключателя света мы можем говорить о том, что он находится во включенном или выключенном состоянии (например, выключатель света может быть в «включенном состоянии» или «в выключенном состоянии»). В квантовой механике эта ситуация немного сложнее, потому что мы добавляем уровень абстракции, который позволяет нам рассмотреть возможность наложенных состояний, когда наши знания о переключателе недостаточны, и мы должны рассматривать его как «включено и выключено». " состояние. Однако,
Каждое состояние системы представлено лучом (или вектором) в гильбертовом пространстве. Гильбертово пространство, вероятно, легче всего понять, создав базис, который охватывает пространство (например, которого достаточно для описания каждой точки в пространстве) как длинную сумму комплексных переменных, которые представляют независимые функции. Любое состояние или луч в гильбертовом пространстве можно тогда понять, используя нотацию Бракета Дирака.
Чаще используется кет, а состояние представляется как . Важно понимать, что символ внутри кет ( ) является произвольной меткой, хотя есть общепринятые метки, которые используются во всей физике, в общем метка может быть любой, какой захочет человек.
В случае рассмотрения состояния как спроецированного на некоторую основу, мы можем записать это математически как:
В начале развития квантовой механики главной целью был вопрос описания атомов и предсказания их свойств. Многие из вопросов, которые интересовали физиков, были сосредоточены вокруг вопросов о переходах энергии, положения и импульса. Из-за этого факта большинство квантовых описаний реальности сосредоточено вокруг поиска средств представления состояний энергии и импульса частиц, особенно электронов, окружающих ядро. Таким образом, квантово-механическое описание электронов, окружающих атом, сосредоточено на описании вероятностей нахождения электрона в определенном орбитальном состоянии, окружающем атом. Таким образом, вектор состояния используется для представления луча в гильбертовом пространстве, который кодирует амплитуду вероятности (по сути, квадратный корень вероятности,
Это пример применения квантовой механики для решения конкретной физической проблемы. Я делаю это различие, потому что квантовая механика — это просто средство для достижения цели, и поэтому ее следует понимать как инструмент, который можно использовать для описания конкретной физической ситуации и для предсказания определенных физических результатов по мере развития системы. Один из основных споров 20-го века был сосредоточен вокруг того, может ли квантовая механика дать полное описание Вселенной. Ответ на этот вопрос утвердительный, и это подтверждается неоднократными экспериментами.
Он сообщает вам распределения вероятностей каждого измеримого, которое вы можете выполнить в системе (импульс, энергия и т. д.), вероятность каждого результата. Волновая функция содержит все, что нужно знать о вашей системе. Если у вас есть 10 000 одинаково подготовленных систем, то вы не получите новой информации о системе 10 000, если будете выполнять какие-либо измерения в системах с 1 по 9999.
Возможным состоянием является нормализуемое решение уравнения Шредингера. После измерения система окажется в собственном состоянии оператора, соответствующего вашей наблюдаемой.
На самом деле состояние квантовой системы не является точным представлением того, чем она является «внутренне». То есть это не онтическое состояние в том смысле, что оно охватывает все, что касается системы. Это только эпистемическое состояние в том смысле, что если мы выполняем измерение наблюдаемого, то каковы его значения в реальном мире (подумайте о вращении вверх и вращении вниз), состояние разлагается в терминах этих состояний. Таким образом, мы можем думать о как увеличительное стекло наблюдателя, а не «настоящая вещь». Таким образом, квантовый мир раскрывает свои взаимодействия с нами через эту переменную состояния. Однако настоящее - это то, что ускользнуло от нас!!!. вот почему Эйнштейн был возмущен и спросил: «Вы действительно верите, что Луны не существует, если мы не смотрим (наблюдаем) на нее?» Эйнштейн считал, что виновато описание, а не сама система, а КМ показала, что это не так. Сама система не имеет онтического состояния.
Мартино