叠加态原理一般表述
若 Ψ1,Ψ2,…Ψn 是体系的一系列可能的状态,则这些态的线性叠加 Ψ=c1ψ1+c2ψ2+⋯+cnΨn(其中 c1,c2,…cn 为复常数)也是体系的一个可能状态。
处于 Ψ 态的体系,部分地处于 Ψ1 态,部分地处于 Ψ2 态…,部分地处于 Ψn 态。且处于 Ψk 态的概率为 ∣ck∣2
条件:Ψ1,Ψ2,…Ψn 正交归一,Ψ 归一。即:
∫Ψk∗Ψldx=δkl,δkl={10k=lk=l
k=1∑n∣ck∣2=1
和经典力学中的不同
量子力学中:
比如系统处于 Ψ1 态,测量力学量 A 的值确定,为 a1;系统处于 Ψ2 态,测量力学量 A 的值确定,为 a2;
则在 Ψ=c1Ψ1+c2Ψ2 描述的状态下,测量物理量 A 的值既有可能为 a1 也可能为 a2,这导致测量结果的不确定性。
在经典力学中:
合成波由若干子波叠加而成,性质是完全确定的新的波动。
Ψ=c1Ψ1+c2Ψ2 由 Ψ 描述,不能说物理量可能作 Ψ1 波动,或者可能作 Ψ2 波动。
例子
光子通过偏振片
若只让一个光子通过偏振片:当 α=0 时,光子通过,并且光子能量和偏振方向在通过偏振片前后不变;当 α=π/2 时,光子被吸收;
当夹角取其它值时,通过偏振片后,既有可能观测到光子,也有可能观测不到光子。观测到光子的概率为 cos2α,观测不到光子的概率为 sin2α。
注意:观测到的光子总是一个完整的光子,而不是 cos2α 个。
入射光子部分处于沿偏振方向的偏振态 ψ∥,部分处于与偏振方向垂直的偏振态 ψ⊥,因此可以用 ψα=cosαψ∥+sinαψ⊥ 来描述。
或者也可以写为:∣α⟩=cosα∣x⟩+cosα∣y⟩