
【化】 observable
approve; but; can; may; need; yet
observe; survey; espial; look into; watch
【化】 observation
【医】 observation; view
【经】 observation; take stock of
capacity; estimate; measure; mete; quantity; quantum
【医】 amount; dose; dosis; measure; quanta; quantity; quantum
【经】 volume
在物理学(特别是量子力学)中,可观察量(Observable) 指代一个物理系统中可以被实验测量或观测的物理量。它对应于一个厄米算符(Hermitian operator),其本征值代表该物理量所有可能的测量结果。以下是详细解释:
量子力学中的算符对应
可观察量(如位置、动量、能量、角动量)在量子力学中由厄米算符表示。厄米算符满足 $hat{A} = hat{A}^dagger$(算符等于其共轭转置),确保其本征值为实数,与测量结果的物理意义一致。
来源:Cohen-Tannoudji, C., Diu, B., & Laloë, F. (1977). Quantum Mechanics. Wiley.
测量结果的概率性
量子系统的状态由波函数 $|psirangle$ 描述。对可观察量 $hat{A}$ 进行测量时:
来源:Griffiths, D. J. (2004). Introduction to Quantum Mechanics. Pearson.
本征态与确定性
若系统处于 $hat{A}$ 的本征态 $|nrangle$,则测量结果必为 $a_n$(无随机性)。
来源:Shankar, R. (1994). Principles of Quantum Mechanics. Springer.
不确定性原理的体现
非对易可观察量(如位置 $hat{x}$ 与动量 $hat{p}_x$)满足 $[hat{x}, hat{p}_x] = ihbar$,导致无法同时被精确测量。
来源:Heisenberg, W. (1927). Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik. Zeitschrift für Physik.
可观察量 | 算符形式 | 物理意义 |
---|---|---|
位置 | $hat{x}$ | 粒子空间坐标 |
动量 | $hat{p} = -ihbar | |
abla$ | 粒子运动状态 | |
能量 | 哈密顿算符 $hat{H}$ | 系统总能量 |
自旋 | 泡利矩阵 $hat{S}_x, hat{S}_y, hat{S}_z$ | 粒子内禀角动量 |
来源:von Neumann, J. (1932). Mathematical Foundations of Quantum Mechanics. Princeton University Press.
(注:部分经典教材无公开链接,来源标注作者与出版信息)
可观察量(Observable)是物理学中的一个核心概念,尤其在量子力学中具有重要意义。以下是详细解释:
基本定义
可观察量指实验上能够被直接测量或间接推导出的物理量。例如位置、动量、能量等。在经典物理中,这些量被视为确定值;但在量子力学中,它们与系统的量子态和测量方式密切相关。
量子力学中的数学表示
在量子力学框架下,可观察量对应一个厄米算符(Hermitian operator)。厄米算符的性质保证了其本征值为实数(与测量结果的实数性一致),且本征态构成正交完备集。例如:
测量过程的物理意义
量子系统的测量会导致波函数坍缩到该可观察量算符的某个本征态,测量结果为对应的本征值。例如,测量电子自旋时,可能得到"向上"或"向下"两种本征值。
重要性质
与经典物理的区别
经典物理中,可观察量被视为独立于测量的客观存在;而量子力学中,测量行为本身会影响系统状态,且不同测量顺序可能导致不同结果。
对于进一步学习,建议参考量子力学教材中关于"算符"和"测量公设"的章节,或通过斯特恩-盖拉赫实验等典型案例加深理解。
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