不确定性与知识的极限
量子标准差
量子标准差,用符号 Δ 来记,是衡量「测量某可观测量所得结果有多分散」的精确尺度。它就是科学中通用的那个统计量:取一个可观测量的平均值,问个别结果通常偏离该平均值多远,那些偏差的均方根便是标准差。在量子力学里,不确定性关系中的 Δ 指的恰恰就是它。
计算它需要量子态。从一个波函数出发,你可以得到该可观测量的期望值——即它的平均——以及它平方的期望值,而标准差正是由二者之差搭建起来的。Δ 为零意味着每次测量都给出同一个值,这恰恰发生在该态是该可观测量的本征态时。Δ 很大则意味着结果四散分布,没有哪个单一数值能被有把握地预言。
把这个定义钉牢,正是让不确定性原理成为一个锐利、可检验的陈述、而非含糊诗句的关键。ΔxΔp ≥ ℏ/2 是两个诚实的标准差之间的不等式,每个都定义在多次同样制备所得结果的分布之上。把 Δ 理解为应用于量子概率分布的寻常统计弥散,便褪去了大半神秘色彩:不确定性原理,是对一些定义得完美无缺的统计量所施加的精确约束。
ΔA = √( ⟨A²⟩ − ⟨A⟩² )
一个可观测量的弥散,是其结果偏离平均值的均方根。
ΔA 为零并非出错;它表明该态是 A 的本征态,于是对 A 的每次测量都给出同一个确定结果。标准差描述的是重复试验上的分布,而不是单台测量仪器的精度。
又称
另见