算符与可观测量

不相容可观测量

当两个可观测量的算符不对易时,它们便是不相容的。这时不存在一组完备的共同本征基,于是一般的态无法同时是两者的锐利本征态,自然界总体上禁止它们同时拥有确定的值。位置与动量便是那个著名的例子,而自旋沿某一轴的分量,与沿另一轴的分量也是不相容的。

不相容性是不确定性原理背后的深层缘由。问题并不在于我们的测量装置太笨拙、按不住两个量;而在于:一个对某可观测量取完美锐利值的态,必然是另一个可观测量诸多本征态的一个宽阔叠加。那份弥散是嵌在态本身之中的,早在任何测量被尝试之前就已存在。

依次测量不相容的可观测量,能把它们之间的张力显露无遗。把位置测得很锐利,态就变得局域化;此刻再去测动量,你会得到一个极难预料的结果,因为那个局域化的态包含着大范围的动量。若再去测一次最初那个可观测量,得到的答案可能与先前不同——测量第二个量这一动作,确确实实重塑了态。

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

不对易的算符没有完整的共同本征基,因此一个量锐利就迫使另一个量弥散。

这里的不确定性是根本性的,而非「扰动」式的故事。固然测量一个量会扰动另一个量,但更深的要点是:一个态根本不可能同时拥有两者的锐利值——这条极限在原理上就成立,即便对一次理想的测量也是如此。

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