
【化】 observable
approve; but; can; may; need; yet
observe; survey; espial; look into; watch
【化】 observation
【醫】 observation; view
【經】 observation; take stock of
capacity; estimate; measure; mete; quantity; quantum
【醫】 amount; dose; dosis; measure; quanta; quantity; quantum
【經】 volume
在物理學(特别是量子力學)中,可觀察量(Observable) 指代一個物理系統中可以被實驗測量或觀測的物理量。它對應于一個厄米算符(Hermitian operator),其本征值代表該物理量所有可能的測量結果。以下是詳細解釋:
量子力學中的算符對應
可觀察量(如位置、動量、能量、角動量)在量子力學中由厄米算符表示。厄米算符滿足 $hat{A} = hat{A}^dagger$(算符等于其共轭轉置),确保其本征值為實數,與測量結果的物理意義一緻。
來源:Cohen-Tannoudji, C., Diu, B., & Laloë, F. (1977). Quantum Mechanics. Wiley.
測量結果的概率性
量子系統的狀态由波函數 $|psirangle$ 描述。對可觀察量 $hat{A}$ 進行測量時:
來源:Griffiths, D. J. (2004). Introduction to Quantum Mechanics. Pearson.
本征态與确定性
若系統處于 $hat{A}$ 的本征态 $|nrangle$,則測量結果必為 $a_n$(無隨機性)。
來源:Shankar, R. (1994). Principles of Quantum Mechanics. Springer.
不确定性原理的體現
非對易可觀察量(如位置 $hat{x}$ 與動量 $hat{p}_x$)滿足 $[hat{x}, hat{p}_x] = ihbar$,導緻無法同時被精确測量。
來源:Heisenberg, W. (1927). Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik. Zeitschrift für Physik.
可觀察量 | 算符形式 | 物理意義 |
---|---|---|
位置 | $hat{x}$ | 粒子空間坐标 |
動量 | $hat{p} = -ihbar | |
abla$ | 粒子運動狀态 | |
能量 | 哈密頓算符 $hat{H}$ | 系統總能量 |
自旋 | 泡利矩陣 $hat{S}_x, hat{S}_y, hat{S}_z$ | 粒子内禀角動量 |
來源:von Neumann, J. (1932). Mathematical Foundations of Quantum Mechanics. Princeton University Press.
(注:部分經典教材無公開鍊接,來源标注作者與出版信息)
可觀察量(Observable)是物理學中的一個核心概念,尤其在量子力學中具有重要意義。以下是詳細解釋:
基本定義
可觀察量指實驗上能夠被直接測量或間接推導出的物理量。例如位置、動量、能量等。在經典物理中,這些量被視為确定值;但在量子力學中,它們與系統的量子态和測量方式密切相關。
量子力學中的數學表示
在量子力學框架下,可觀察量對應一個厄米算符(Hermitian operator)。厄米算符的性質保證了其本征值為實數(與測量結果的實數性一緻),且本征态構成正交完備集。例如:
測量過程的物理意義
量子系統的測量會導緻波函數坍縮到該可觀察量算符的某個本征态,測量結果為對應的本征值。例如,測量電子自旋時,可能得到"向上"或"向下"兩種本征值。
重要性質
與經典物理的區别
經典物理中,可觀察量被視為獨立于測量的客觀存在;而量子力學中,測量行為本身會影響系統狀态,且不同測量順序可能導緻不同結果。
對于進一步學習,建議參考量子力學教材中關于"算符"和"測量公設"的章節,或通過斯特恩-蓋拉赫實驗等典型案例加深理解。
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