算符與可觀測量

不相容可觀測量

當兩個可觀測量的算符不對易時,它們便是不相容的。這時不存在一組完備的共同本徵基,於是一般的態無法同時是兩者的銳利本徵態,自然界總體上禁止它們同時擁有確定的值。位置與動量便是那個著名的例子,而自旋沿某一軸的分量,與沿另一軸的分量也是不相容的。

不相容性是不確定性原理背後的深層緣由。問題並不在於我們的測量裝置太笨拙、按不住兩個量;而在於:一個對某可觀測量取完美銳利值的態,必然是另一個可觀測量諸多本徵態的一個寬闊疊加。那份彌散是嵌在態本身之中的,早在任何測量被嘗試之前就已存在。

依次測量不相容的可觀測量,能把它們之間的張力顯露無遺。把位置測得很銳利,態就變得局域化;此刻再去測動量,你會得到一個極難預料的結果,因為那個局域化的態包含著大範圍的動量。若再去測一次最初那個可觀測量,得到的答案可能與先前不同——測量第二個量這一動作,確確實實重塑了態。

[Â, B̂] ≠ 0 ⇒ no common eigenstate; both cannot be sharp at once

不對易的算符沒有完整的共同本徵基,因此一個量銳利就迫使另一個量彌散。

這裡的不確定性是根本性的,而非「擾動」式的故事。固然測量一個量會擾動另一個量,但更深的要點是:一個態根本不可能同時擁有兩者的銳利值——這條極限在原理上就成立,即便對一次理想的測量也是如此。

又稱
non-commuting observables不对易可观测量不可同時測量的觀測量