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視覺物理和數學/量子物理

來自華夏公益教科書

量子物理可以總結為一個偉大的基本原理,即狀態疊加原理。

任何可以處於狀態 的物理系統也可以處於狀態 ,其中 是任何複數。

同樣的原理可以用等效的方式表達 

任何物理系統的狀態空間都是一個復向量空間。

據我們所知,疊加原理的有效性並不侷限於任何物理系統。量子系統(遵循疊加原理)和經典系統(不遵循疊加原理)之間沒有邊界。所有已知的系統從根本上都是量子系統,因為它們都是由量子粒子組成的。

疊加原理有三個直接的結果

  • 波粒二象性。一個粒子可以擴充套件到空間中並表現得像波一樣,因為它可以處於位於不同位置的狀態的疊加狀態。
  • 量子自旋。量子實體的自身旋轉遵循經典觀點無法理解的規則,因為量子陀螺儀可以同時在一個方向和另一個方向旋轉,透過疊加。
  • 量子糾纏。一個量子系統可以處於確定的狀態,而它的各個部分並非如此,因為幾個狀態組合的疊加不一定是疊加狀態的組合。

自旋和糾纏很難直觀地表示。另一方面,波粒二象性很容易顯示,因為只需顯示波即可

這個動畫顯示了一個最初高度區域性化的粒子的量子態(波函式)。亮度代表存在機率。顏色代表波函式的相位。

一個粒子可以透過緩慢擴充套件,像波包一樣傳播

一個粒子也可以處於兩個波包疊加的狀態

因此,量子粒子可以與其自身發生干涉。

可以觀察到粒子與其自身的干涉圖樣

或者透過計算進行模擬


量子疊加的這種普遍有效性中有一些瘋狂之處。假設 是月亮在兩個不同位置的狀態。如果月亮處於狀態 ),它似乎同時處於兩個不同的地方。這應該是一種普遍現象。在量子疊加中,任何系統都可以同時處於任何想要的位置。唐璜可以以量子方式增加他的風流韻事嗎?

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