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  • 1 # 科學聯盟

    這個問題曾經是我參加研究生入學考試面試環節的一道題目(當年的題目是,機率波與電磁波疊加有何不同)。答案是——形式上很像,但是物理意義完全不一樣。

    我簡單說一下,機械波是介質振動的整體相位分佈。換句話說,機械波是大量振動的整體反應。所以,機械波的疊加應該從每個質元的振動疊加來看。按照機械振動的運動規律,其振動的回覆力正比于振動的位移(簡諧振動)。那麼,兩個振動的疊加,我們既可以理解為是回覆力的疊加,也可以理解為是位移的疊加。這兩個效果一致。兩列機械波疊加,會導致出現新的機械波。因為疊加前後的波,無論是振動的回覆力、幅度、能量都發生了根本性改變。

    但是對於機率波,情況完全不一樣。雖然它叫波,但是它和機械波一點都不一樣。因為機率波不是振動導致的。這就導致,我們不能用前面的方法去理解它的疊加。機率波其實是描寫粒子運動狀態的量。它的地位與經典力學裡面的座標大致相同。但是,機率波有自己的物理解釋。首先是,機率波的疊加是粒子狀態的疊加。也就是說,是把幾種狀態加起來,好比處於座標原點的粒子狀態和處於座標無窮遠的粒子狀態加起來,結果就是,粒子既可以處於原點也可以處於無窮遠點。但是原點到無窮遠點之間的點,粒子無法佔據。其次,這種疊加不改變粒子的狀態性質。也就是說,加完以後的粒子不會處於新的狀態,它仍然是在老的狀態裡。這一點和機械波不一樣,機械波疊加以後一定是新的狀態。再有,機率波的疊加係數只要是複數就行;而機械波的疊加係數一般認為必須是實數(正數表示同向加強,負數表示反向削弱)。最後,機率波是可以歸一化的,而且歸一化不改變其物理意義,但是機械波絕對不能歸一,因為機械波的模正比于波的能量,歸一化就把能量丟掉了。

    與此問題類似的便是,電磁波的疊加和機率波有何區別。電磁波的疊加和機械波疊加類似。因為電磁波是電磁振動引起的,而電磁振動實質是電場向量和磁場向量的振動,它們都可以疊加(注意是電向量和電向量疊加、磁向量和磁向量疊加),而且疊加規律和前面的機械振動疊加規律類似。

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