视觉物理和数学/量子物理
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量子物理可以总结为一个伟大的基本原理,即状态叠加原理。
任何可以处于状态 和 的物理系统也可以处于状态 ,其中 和 是任何复数。
同样的原理可以用等效的方式表达
任何物理系统的状态空间都是一个复向量空间。
据我们所知,叠加原理的有效性并不局限于任何物理系统。量子系统(遵循叠加原理)和经典系统(不遵循叠加原理)之间没有边界。所有已知的系统从根本上都是量子系统,因为它们都是由量子粒子组成的。
叠加原理有三个直接的结果
- 波粒二象性。一个粒子可以扩展到空间中并表现得像波一样,因为它可以处于位于不同位置的状态的叠加状态。
- 量子自旋。量子实体的自身旋转遵循经典观点无法理解的规则,因为量子陀螺仪可以同时在一个方向和另一个方向旋转,通过叠加。
- 量子纠缠。一个量子系统可以处于确定的状态,而它的各个部分并非如此,因为几个状态组合的叠加不一定是叠加状态的组合。
自旋和纠缠很难直观地表示。另一方面,波粒二象性很容易显示,因为只需显示波即可
这个动画显示了一个最初高度局部化的粒子的量子态(波函数)。亮度代表存在概率。颜色代表波函数的相位。
一个粒子可以通过缓慢扩展,像波包一样传播
一个粒子也可以处于两个波包叠加的状态
因此,量子粒子可以与其自身发生干涉。
可以观察到粒子与其自身的干涉图样
或者通过计算进行模拟
量子叠加的这种普遍有效性中有一些疯狂之处。假设 和 是月亮在两个不同位置的状态。如果月亮处于状态 ),它似乎同时处于两个不同的地方。这应该是一种普遍现象。在量子叠加中,任何系统都可以同时处于任何想要的位置。唐璜可以以量子方式增加他的风流韵事吗?