量子基礎
波函數(wavefunction)
如果一個粒子沒有確定的位置,我們怎麼描述它在哪裡?量子物理給出的答案是一團彌散開來的可能性雲,在粒子更可能被找到處更濃,在不太可能處更淡。這團雲由一個叫做波函數的數學客體刻畫,通常用希臘字母 psi(ψ)表示。它是量子理論對單個粒子或系統所能給出的最完整描述。
波函數本身並不直接是機率;它要再退一步。它在每一點處大小的平方,給出你若去看時在那裡找到粒子的機率。波函數大處,你很可能找到粒子;它經過零處,你永遠找不到。關鍵在於,波函數會起伏、鋪展、與自身疊加,甚至在兩部分錯相相遇處自我抵消——而這種自我抵消正是產生干涉圖樣的原因。波函數隨時間按照薛丁格方程平滑而可預測地演化,直到你做出一次測量,此刻這團雲似乎坍縮到粒子實際被找到之處。
在粒子物理中,波函數(及其相對論的、場論的後繼者)是你能預測的一切的記帳工具。它編碼了粒子可能的位置、動量、自旋,以及碰撞中一個粒子變成其他粒子的機率。不過對這幅圖像要小心:波函數不是你能舀起來的物理霧氣,把它平方給出的是機率,而非粒子本身。波函數究竟是什麼——是真實之物,還是僅僅是我們關於系統的資訊——仍是量子力學詮釋中真正懸而未決的問題之一。
畫在原子周圍那些熟悉的模糊電子雲,正是波函數的圖像:在電子可能出現處濃密,在某些面(節點)處則根本找不到電子。
電子雲就是波函數的平方——一張機率地圖,而非一攤物質塗抹。
波函數的平方給出的是機率,絕非粒子本身;波函數是對各種可能性的描述,而不是一團真實的物質雲。
又稱
另見