不确定性与知识的极限

波包

波包是一束定域的波——一个集中在小块空间、而非处处铺展的波函数。它由许多波长略有差异的简单波叠加而成,这些波在某一紧凑区域里彼此加强、在别处相互抵消。其结果,正是量子力学用来表示一个「同时具有相当确定的位置与相当确定的动量」之粒子的方式。

由于波包是对许多波长的求和,它直接体现了那道不确定性权衡。一个紧紧定域的波包需要一大段波长,因而有一大片动量;而动量弥散很窄的波包则必定在空间中又长又散。位置宽度乘以动量宽度,永远无法胜过 ℏ/2 这道下限,而一个光滑的高斯波包则达成了所能有的最佳折中。

波包是物理学家用来调和量子力学的波动图景与日常「粒子在运动」之图景的方式。波包的中心峰以群速度行进,而群速度恰与粒子的经典速度相符,于是一个定域波包便如同一颗小球那样滑行。它是波动描述所能给出的、最接近一个熟悉运动物体的东西——同时又诚实地承认:那物体其实是一团铺展开来的概率幅。

ψ(x) = ∫ a(k) e^(ikx) dk (superposition of many wavelengths)

把许多波长的波叠加起来,便得到一个以群速度运动的定域波束。

波包是概率幅,而不是一小团在空间中行进的实物。按照玻恩定则,它模平方给出的是:若加以测量,粒子会在何处被发现的概率密度。

又称
wave groupGaussian wave packet波群波包態