
【化】 probability amplitude
在量子力學中,概率幅(Probability Amplitude)是一個核心概念,用于描述量子系統處于特定狀态的可能性。其英文對應術語為"probability amplitude"。以下是詳細解釋:
概率幅是一個複數(Complex Number),其模的平方(|ψ|²)表示量子系統處于某一狀态的實際概率。例如,粒子出現在位置 ( x ) 的概率幅記為 ( psi(x) ),則概率密度為: $$ P(x) = |psi(x)| $$ 這一關系由馬克斯·玻恩提出,稱為玻恩定則(Born Rule),是量子力學概率解釋的基礎 。
量子系統的狀态由多個概率幅的線性疊加描述。例如,雙縫實驗中,粒子通過兩條縫的概率幅分别為 ( psi_1 ) 和 ( psi_2 ),總概率幅為 ( psi = psi_1 + psi_2 ),觀測屏上的幹涉條紋由 ( |psi_1 + psi_2| ) 決定 。
概率幅的相位(複數的輻角)導緻量子幹涉。若兩路徑相位差為 ( pi )(即 ( e^{ipi} = -1 )),則概率幅相消;相位相同時則相長 。
在狄拉克符號中,狀态 ( |psirangle ) 在基态 ( |phi_nrangle ) 下的概率幅為: $$ c_n = langle phi_n | psi rangle $$ 系統處于 ( |phi_nrangle ) 的概率為 ( |c_n| )。這一形式統一了位置、動量等不同表象的概率幅計算 。
經典概率始終為非負實數且滿足可加性,而概率幅為複數。量子概率通過概率幅的疊加産生幹涉,違背經典概率的加法規則,體現了量子行為的非局域性和相幹性 。
權威參考文獻
概率幅是量子力學中的核心概念,用于描述量子系統的狀态及其演化規律。它與經典概率有本質區别,具體解釋如下:
概率幅是一個複數,其絕對值的平方對應物理量出現的概率。數學形式為: $$ P = |psi| = psi^* psi $$ 其中$psi$為概率幅,$P$為測量時觀測到對應狀态的概率。
疊加原理
量子系統可同時處于多個狀态的疊加态,總概率幅為各基态概率幅的線性組合。例如雙縫實驗中,粒子通過縫A和縫B的概率幅$psi_A$與$psi_B$疊加為$psi = psi_A + psi_B$,最終概率為$|psi_A + psi_B|$,包含幹涉項$2text{Re}(psi_Apsi_B^*)$。
相位作用
概率幅的相位(複數角度)會影響幹涉結果。若兩路徑相位差$pi$,則概率相消(如暗條紋);相位相同時概率增強(如亮條紋)。
非定域性
量子糾纏态中,複合系統的概率幅無法分解為各子系統的獨立概率幅,表現為"整體性"特征。
這一概念颠覆了經典概率論的直覺,是理解量子糾纏、不确定性原理等現象的基礎。其數學形式在希爾伯特空間中通過态矢量描述,構成了量子力學的公理體系核心。
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