波函数与概率

叠加原理

叠加原理指出,如果两个波函数各自都描述一个有效的量子态,那么它们的任意加权和也是一个有效的量子态。一个粒子可以处于一种既部分「在这里」又部分「在那里」的状态,或者部分是一种能量、部分是另一种能量,全都同时存在。这并不是说我们只是不知道某个隐藏的单一数值;这个组合态拥有与其中任何一部分单独存在时都确实不同的物理行为。

叠加直接源于波函数的数学,以及薛定谔方程的线性——线性保证了解的组合仍然是解。和式中的权重是复数振幅,所以重要的不只是它们的大小,还有它们的相位。改变两个被叠加部分之间的相对相位,你就改变了干涉条纹出现的位置,尽管各个部分各自的概率丝毫未动。

诚实而微妙之处在于测量时会发生什么。无人打扰时,叠加是真实的,它的各部分会相互干涉。但当你测量,你会得到一个确定的结果,其概率由玻恩定则给定——你从不会直接观测到那种诡异的「同时两者」。其余的分支究竟是消失、是隐藏,还是不被看见地继续存在,恰恰是量子力学留待解答的诠释问题;原理本身只告诉你,在你观看之前,这些状态如何组合。

ψ = c₁ψ₁ + c₂ψ₂ (c₁, c₂ complex); P(outcome 1) = |c₁|²

有效的状态以复数权重相加;它们的相位决定各部分如何干涉。

叠加并非只是对某个确定数值的无知。证据就是干涉:叠加态的行为不同于它各部分的随机混合,这种效应是任何经典的「我们只是不知道是哪个」都无法重现的。

又称
quantum superpositionsuperposition态叠加原理量子叠加