算符与可观测量

算符的期望值

算符的期望值,是指:如果你把同一个态反复制备许多次,每一次都去测量对应的可观测量,你所预期测得的平均值。对一个态 |ψ⟩ 和一个算符 Â,它写作 ⟨ψ|Â|ψ⟩,是一个概括典型结果的单一数值。它未必是任何一次测量真能得到的值——它是许多次测量的长程平均。

这个量在抽象的算符与实验室真正记录到的东西之间架起一座桥。每一次单独的测量都给出某个本征值,按由量子态所设定的概率随机选取;而期望值就是这些本征值按那些概率加权的结果。所以,期望值告诉你那一团可能结果的中心落在何处,哪怕任何单次结果都可能在它周围散开。

期望值正是量子力学与日常经典世界相连接的方式。比如,一个波包的平均位置与平均动量,其运动几乎就如牛顿定律所规定的那样——这个结果被称为埃伦费斯特定理。结果在期望值周围散开的宽度,由标准差刻画,正是不确定性原理所约束的对象。

⟨Â⟩ = ⟨ψ|Â|ψ⟩ (state-weighted average of the eigenvalues)

期望值是许多次测量的长程平均,而非某一次的结果。

期望值不必等于任何一个被允许的测量结果。一颗骰子的平均点数是 3.5,而这个面从来不会出现;同样,能量的期望值可以落在两个量子化能级之间,尽管每一次单独的测量都恰好落在某个能级上。

又称
expectation valueoperator average期望值平均值