量子力學一:形式體系

期望值(expectation value)

如果你製備極大量彼此相同的量子系統,並對每一個測量同一個可觀測量,結果會散開,但它們的平均會落定到一個確定的數字。那個數字就是期望值(expectation value)。它是量子理論對一次測量之均值的預測,也是從機率形式論通往實驗所報告之穩定數字的橋樑。

對一個歸一化的態 |psi> 與一個可觀測量 A,期望值是三明治結構 <A> = <psi|A|psi>,在位置表象中即 psi*(x) A psi(x) dx 的積分。以結果來寫,它是波恩加權和 <A> = sum_n a_n |c_n|^2,每個本徵值 a_n 以其機率 |c_n|^2 加權。環繞此均值的散布是變異數 (Delta A)^2 = <A^2> - <A>^2,其平方根即標準差,就是出現在測不準原理中的那個不確定量。

兩點誠實。其一,期望值是對一整組相同製備之系統的統計平均,而非任何單次測量的結果,它甚至不必是可達到的值——對稱雙井中的平均位置可以恰好落在粒子從不出現的位障上。其二,它需要許多份新鮮的複本、各測一次,因為測量會使態塌縮;對同一個系統重複測量並不以同樣方式抽樣 <A>。

對對稱簡諧振子的基態,由對稱性 <x> = 0,然而 <x^2> 不為零;兩者之差給出非零的位置不確定量 Delta x = sqrt(<x^2>),儘管平均位置恰在正中央。

均值為零卻有非零散布:期望值是平均,不是某次典型的單一結果。

<A> 是對許多相同製備之複本的系綜平均,不是你從單次測量讀到的東西,而且它可能是該可觀測量根本永遠取不到的值。

又称
mean valueaverage<A>平均值