不确定性与知识的极限

最小不确定性态

最小不确定性态是恰好触及不确定性下限的量子态,它把不等式 ΔxΔp ≥ ℏ/2 变成等式 ΔxΔp = ℏ/2。这样的态,已经是量子力学法则所允许的、最接近「同时拥有确定位置与动量」的状态。它代表着对一对共轭量所能达到的、最锐利的联合认知。

对位置与动量来说,达成这一点的态是高斯型的——一条光滑的钟形波函数。这里有一种优雅:高斯函数是唯一一种其傅里叶变换仍为高斯的形状,因此它得以同时在位置和动量上都相当狭窄。任何别的形状都会浪费一点,在这一个或那一个变量上铺展得比严格的最小值更宽。

最小不确定性态绝非仅供把玩的数学奇趣。谐振子的基态是高斯型的,因而是一个最小不确定性态——这正是它为何停在所允许的最低能量上,而不是纹丝不动。光的相干态,作为对稳定激光束最接近的量子描述,也是最小不确定性态;这便是激光为何表现得如此接近一列理想经典波的部分缘由。

Gaussian ψ(x): Δx · Δp = ℏ/2 (bound saturated)

高斯波函数是唯一以等号触及不确定性下限的形状。

在位置和动量上触及下限,并不意味着二者就绝对意义而言都很清楚——它只表示二者的乘积小到了所允许的程度。压缩态可以把 Δx 压到高斯值以下,但代价是更大的 Δp。

又称
minimum uncertainty wave packetsaturating state最小不确定态最小不確定波包