
【化】 probability amplitude
在量子力学中,概率幅(Probability Amplitude)是一个核心概念,用于描述量子系统处于特定状态的可能性。其英文对应术语为"probability amplitude"。以下是详细解释:
概率幅是一个复数(Complex Number),其模的平方(|ψ|²)表示量子系统处于某一状态的实际概率。例如,粒子出现在位置 ( x ) 的概率幅记为 ( psi(x) ),则概率密度为: $$ P(x) = |psi(x)| $$ 这一关系由马克斯·玻恩提出,称为玻恩定则(Born Rule),是量子力学概率解释的基础 。
量子系统的状态由多个概率幅的线性叠加描述。例如,双缝实验中,粒子通过两条缝的概率幅分别为 ( psi_1 ) 和 ( psi_2 ),总概率幅为 ( psi = psi_1 + psi_2 ),观测屏上的干涉条纹由 ( |psi_1 + psi_2| ) 决定 。
概率幅的相位(复数的辐角)导致量子干涉。若两路径相位差为 ( pi )(即 ( e^{ipi} = -1 )),则概率幅相消;相位相同时则相长 。
在狄拉克符号中,状态 ( |psirangle ) 在基态 ( |phi_nrangle ) 下的概率幅为: $$ c_n = langle phi_n | psi rangle $$ 系统处于 ( |phi_nrangle ) 的概率为 ( |c_n| )。这一形式统一了位置、动量等不同表象的概率幅计算 。
经典概率始终为非负实数且满足可加性,而概率幅为复数。量子概率通过概率幅的叠加产生干涉,违背经典概率的加法规则,体现了量子行为的非局域性和相干性 。
权威参考文献
概率幅是量子力学中的核心概念,用于描述量子系统的状态及其演化规律。它与经典概率有本质区别,具体解释如下:
概率幅是一个复数,其绝对值的平方对应物理量出现的概率。数学形式为: $$ P = |psi| = psi^* psi $$ 其中$psi$为概率幅,$P$为测量时观测到对应状态的概率。
叠加原理
量子系统可同时处于多个状态的叠加态,总概率幅为各基态概率幅的线性组合。例如双缝实验中,粒子通过缝A和缝B的概率幅$psi_A$与$psi_B$叠加为$psi = psi_A + psi_B$,最终概率为$|psi_A + psi_B|$,包含干涉项$2text{Re}(psi_Apsi_B^*)$。
相位作用
概率幅的相位(复数角度)会影响干涉结果。若两路径相位差$pi$,则概率相消(如暗条纹);相位相同时概率增强(如亮条纹)。
非定域性
量子纠缠态中,复合系统的概率幅无法分解为各子系统的独立概率幅,表现为"整体性"特征。
这一概念颠覆了经典概率论的直觉,是理解量子纠缠、不确定性原理等现象的基础。其数学形式在希尔伯特空间中通过态矢量描述,构成了量子力学的公理体系核心。
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