量子基础
波函数(wavefunction)
如果一个粒子没有确定的位置,我们怎么描述它在哪里?量子物理给出的答案是一团弥散开来的可能性云,在粒子更可能被找到处更浓,在不太可能处更淡。这团云由一个叫做波函数的数学客体刻画,通常用希腊字母 psi(ψ)表示。它是量子理论对单个粒子或系统所能给出的最完整描述。
波函数本身并不直接是概率;它要再退一步。它在每一点处大小的平方,给出你若去看时在那里找到粒子的概率。波函数大处,你很可能找到粒子;它经过零处,你永远找不到。关键在于,波函数会起伏、铺展、与自身叠加,甚至在两部分错相相遇处自我抵消——而这种自我抵消正是产生干涉图样的原因。波函数随时间按照薛定谔方程平滑而可预测地演化,直到你做出一次测量,此刻这团云似乎坍缩到粒子实际被找到之处。
在粒子物理中,波函数(及其相对论的、场论的后继者)是你能预测的一切的记账工具。它编码了粒子可能的位置、动量、自旋,以及碰撞中一个粒子变成其他粒子的概率。不过对这幅图像要小心:波函数不是你能舀起来的物理雾气,把它平方给出的是概率,而非粒子本身。波函数究竟是什么——是真实之物,还是仅仅是我们关于系统的信息——仍是量子力学诠释中真正悬而未决的问题之一。
画在原子周围那些熟悉的模糊电子云,正是波函数的图像:在电子可能出现处浓密,在某些面(节点)处则根本找不到电子。
电子云就是波函数的平方——一张概率地图,而非一摊物质涂抹。
波函数的平方给出的是概率,绝非粒子本身;波函数是对各种可能性的描述,而不是一团真实的物质云。
又称
另见