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1 # 哈啤的黃瓜
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2 # 物理思維
原題應該問的是“量子力學中的態向量與波函式有什麼區別?”
對初學者來說,通常我們不區分態向量和波函式。比如我們經常說:在量子力學中物理系統所處的狀態是用波函式描述的。有時候我們也說:在量子力學中物理系統所處的狀態是用態向量描述的。這兩句話想表達的是一個意思。
嚴格地講,態向量和波函式還是有區別的。後者可以看作是對前者的投影。
波函式ψ(x),對初學者來說很容易想象,它就是一個取值為複數的函式。我們還可以把波函式ψ(x)和玻恩的統計解釋聯絡起來,“波函式絕對值的平方——|ψ(x)|^2——對應粒子處於位置x處的機率”。
態向量在狄拉克記號下常被表示為|α》,它表示的就是一個抽象的量子態α。
打個比方,態向量就是一個抽象的“物體本身”,我們無法看到物體本身,但我們可以看到物體的影子,於是我們就透過投影來認識“物體本身”。
比如隨便一個向量V,我們把它對互相垂直的x、y、z軸做投影,我們用V在x方向上的影子的長度Vx,在y方向上的影子長度Vy和z方向上的影子長度Vz來表示向量V。
寫成狄拉克記號的話就是:
這裡《x|V》表示的就是向量V在x方向上的投影:Vx。
我們把這套投影的語言用於態向量|α》,假設有一個對態向量進行分類的良好標準,構成了一組正交歸一的基矢:{|n》}
這裡的投影cn=《n|α》,就是態向量在某個方向n上的投影。其絕對值的平方就是物理系統處在n方向上的機率。cn其實就對應波函式。
因為我們完全可以用位置x來作為對量子態進行分類的標準,粒子位於各個不同的位置也對應一個良好的分類標準,它們也構成一組正交歸一基矢:{|x》}
只是由於x的取值是連續的,所以這裡我們寫成求和的形式就不講究了,講究一點,我們要把它改寫為積分的形式:
這裡的態向量α對位置x"的投影《x"|α》可以改寫為ψ(x"),就是我們平時所說的波函式。
在上式中,左邊的|α》是態向量,而右邊的ψ(x)是波函式。
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態向量就是態函式。
任何波函式都可以由定態波函式疊加而成,所以人們用1*n的矩陣來表示定態波函式疊加係數。
1*n的矩陣本身就可以表示向量。用矩陣表示波函式的話,波函式的計算規則就和向量的計算規則很相似了,所以態函式也叫態向量。
我們一般說的向量是實空間的向量,而態向量顯然不在實空間中,人們叫態向量所在的空間為希爾伯特空間。