不確定性與知識的極限

波包

波包是一束定域的波——一個集中在小塊空間、而非處處鋪展的波函數。它由許多波長略有差異的簡單波疊加而成,這些波在某一緊湊區域裡彼此加強、在別處相互抵消。其結果,正是量子力學用來表示一個「同時具有相當確定的位置與相當確定的動量」之粒子的方式。

由於波包是對許多波長的求和,它直接體現了那道不確定性權衡。一個緊緊定域的波包需要一大段波長,因而有一大片動量;而動量彌散很窄的波包則必定在空間中又長又散。位置寬度乘以動量寬度,永遠無法勝過 ℏ/2 這道下限,而一個光滑的高斯波包則達成了所能有的最佳折中。

波包是物理學家用來調和量子力學的波動圖景與日常「粒子在運動」之圖景的方式。波包的中心峰以群速度行進,而群速度恰與粒子的經典速度相符,於是一個定域波包便如同一顆小球那樣滑行。它是波動描述所能給出的、最接近一個熟悉運動物體的東西——同時又誠實地承認:那物體其實是一團鋪展開來的機率幅。

ψ(x) = ∫ a(k) e^(ikx) dk (superposition of many wavelengths)

把許多波長的波疊加起來,便得到一個以群速度運動的定域波束。

波包是機率幅,而不是一小團在空間中行進的實物。按照玻恩定則,它模平方給出的是:若加以測量,粒子會在何處被發現的機率密度。

又稱
wave groupGaussian wave packet波群波包態