
【化】 noncommutability
在量子力学与数学物理领域,"不可对性"(Non-commutativity)指两个操作(如算符或矩阵)的先后顺序会影响最终结果的核心特性。其汉英对照释义及专业解释如下:
中文术语:不可对易性
英文术语:Non-commutativity
定义:若两个算符 ( A ) 和 ( B ) 满足 ( AB eq BA ),则称其具有不可对易性。这一性质是量子力学区别于经典力学的关键特征之一。例如,位置算符 ( hat{x} ) 与动量算符 ( hat{p}_x ) 的对易关系为:
$$ [hat{x}, hat{p}_x] = hat{x}hat{p}_x - hat{p}_xhat{x} = ihbar $$
其中 ( i ) 为虚数单位,( hbar ) 为约化普朗克常数。
不可对易性直接导致海森堡不确定性原理:位置与动量无法同时被精确测量。例如,( [hat{x}, hat{p}_x] = ihbar ) 表明测量顺序不同会得到不同结果。
在量子计算中,量子比特的操作(如Pauli矩阵)具有不可对易性,这是实现量子门并行计算和纠错编码的理论依据。
非交换几何(Noncommutative Geometry)通过不可对易代数描述量子霍尔效应等拓扑物态,揭示电子在磁场中的分数量子化行为。
系统阐述算符对易关系与物理量的测量相容性。
对易子代数在量子场论重整化中的应用。
非交换操作在量子算法设计中的核心作用。
非交换几何框架下的拓扑绝缘体理论模型。
注:引用来源基于经典教材及顶级期刊综述,具体文献链接可通过学术数据库(如APS、Nature、RMP)检索标题获取。
不可对易性是量子力学中描述两个力学量算符之间关系的重要概念,具体含义如下:
数学定义
若两个算符(hat{A})和(hat{B})满足(hat{A}hat{B}
eq hat{B}hat{A}),则称它们具有不可对易性。这种差异可通过对易子([hat{A}, hat{B}] = hat{A}hat{B} - hat{B}hat{A})量化。若对易子不为零,则算符不可对易。
物理意义
不可对易性表明两个物理量无法同时被精确测量。例如位置算符(hat{x})和动量算符(hat{p})的对易子为([hat{x}, hat{p}] = ihbar),这直接导致海森堡不确定性原理(Delta x Delta p geq hbar/2),即位置和动量的测量精度存在固有制约。
典型例子
量子力学中常见的不可对易算符包括:
与经典力学的区别
经典物理中所有力学量均可对易(如位置和动量乘积可交换顺序),而量子力学因算符不可对易性产生了本质差异,成为量子现象的核心特征之一。
常见误解
不可对易性导致的测量限制并非源于实验干扰(如早期“测不准原理”的误称),而是量子系统内禀的数学性质。这种特性在量子场论、量子信息等领域有进一步延伸应用。
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