Суперпозиция состояний (квантовая или когерентная суперпозиция)

Вероятностный харак­тер предсказаний квантовой механики заставил по-ново­му взглянуть на проблему детерминизма. Классическая физика исходила из представления о том, что состояние мира в настоящий момент определяет его состояние в сле­дующий, так что будущее полностью детерминировано (предопределено). С таким детерминизмом связаны труд­ности философского порядка, он, в частности, противоре­чит представлениям о свободе воли человека. Это сложная проблема, и квантовая теория осветила ее с неожиданной стороны.

Волновые свойства присущи не только каким-то специаль­ным частицам микромира. Это свойство всех частиц. Летя­щая пуля также обладает волновыми свойствами. Но соот­ветствующая пуле длина волны настолько мала, что ее волновые свойства практически не проявляются (длины волн света также сравнительно малы, и волновые свойства света долго не обнаруживались).

Структура уравнения Шредингера, из которого находится волновая функция, такова, что, если две функции ψ₁, ψ₂ удовлетворяют уравнению, их линейная суперпозиция, т. е. функция вида α₁ψ₁ + α₂ψ₂, где α ₁, α ₂ — константы, также удовлетворяет уравнению и представляет, таким образом, возможное состояние частицы. Это математический факт. Но его физическим следствием является одно из самых поразительных свойств квантовомеханических систем:

состоя­ние системы может быть суперпозицией двух или вообще любого числа других со­стояний.

Что это означает физически?

Одно из решений уравнения Шрединге­ра для свободной частицы — волновая функция в виде плоской волны с опреде­ленной частотой. В этом состоянии измерение им­пульса частицы с вероятностью, равной единице, даст величину p = h / λ. Материал с сайта http://worldof.school

Состояние частицы в классической механике задается ее координатами и импульсом. Остальные характеристики частицы (момент импульса, кине­тическая энергия) одно­значно определяются ко­ординатами и импульсом и могут быть найдены. Второй закон Ньютона позволяет определить из­менение состояния во времени при заданных ус­ловиях, и состояние час­тицы в каждый момент времени вполне опреде­ленно. В рамках класси­ческой механики супер­позиция состояний — лишенное смысла слово­сочетание. То, что в кван­товой теории эти слова имеют смысл, связано с тем, что смысл понятия «состояние» в классиче­ской и квантовой теориях различный.

На этой странице материал по темам:

• Принцип суперпозиции квантовых состояний шпаргалка

• Квантовая суперпозиция формула