Кіріспе
Кванттық механикадағы ықтималдық амплитудасы – абсолют шамасының квадраты ықтималдық болатын кешенді сан. Кванттық механикада ықтималдық амплитудасы жүйелердің мінез-құлқына сипаттама беру үшін қолданылатын кешенді сан. Осы шаманың модулінің квадраты ықтималдық тығыздығын көрсетеді. Ықтималдық амплитудалары жүйенің кванттық күй векторы мен осы жүйенің бақылау нәтижелері арасындағы қатынасты қамтамасыз етеді, бұл қатынасты алғаш рет 1926 жылы Макс Борн ұсынды. Толқындық функцияның мәндерін ықтималдық амплитудасы ретінде түсіндіру – кванттық механиканың Копенгагендік интерпретациясының негізгі қағидасы. Шындығында, нақты функцияның физикалық интерпретациясы ұсынылмас бұрын, толқындық функциялар кеңістігінің қасиеттері физикалық болжамдар жасау үшін қолданылды (мысалы, атомдардың белгілі бір дискретті энергияда эмиссия жасауы). Борн осы түсінігі үшін 1954 жылғы физика бойынша Нобель сыйлығының жартысын алды, ал осылайша есептелген ықтималдық кейде «Борн ықтималдығы» деп аталады. Осы ықтималдық тұжырымдамалар, атап айтқанда ықтималдық тығыздығы және кванттық өлшеулер, сол кезде теориямен айналысқан Шредингер және Эйнштейн сияқты алғашқы физиктер тарапынан қарсылыққа ұшырады. Бұл кванттық механиканың интерпретацияларындағы түсініксіз салдарлар мен философиялық қиындықтардың себебі болып табылады – бұл тақырыптар бүгінге дейін талқыланып келеді.
probability amplitude in quantum mechanics
In quantum mechanics, a probability amplitude is a complex number used for describing the behaviour of systems. The square of the modulus of this quantity represents a probability density. Probability amplitudes provide a relationship between the quantum state vector of a system and the results of observations of that system, a link was first proposed by Max Born, in 1926. Interpretation of values of a wave function as the probability amplitude is a pillar of the Copenhagen interpretation of quantum mechanics. In fact, the properties of the space of wave functions were being used to make physical predictions (such as emissions from atoms being at certain discrete energies) before any physical interpretation of a particular function was offered. Born was awarded half of the 1954 Nobel Prize in Physics for this understanding, and the probability thus calculated is sometimes called the "Born probability". These probabilistic concepts, namely the probability density and quantum measurements, were vigorously contested at the time by the original physicists working on the theory, such as Schrödinger and Einstein. It is the source of the mysterious consequences and philosophical difficulties in the interpretations of quantum mechanics—topics that continue to be debated even today.
Физикалық шолу
Кейбір техникалық қиындықтарды ескермей, кванттық өлшеу мәселесі – кванттық күйдің мінез-құлқы, онда өлшенетін байқалатын шама Q-ның мәні белгісіз болады. Мұндай күй байқалатын шаманың өзіндік күйлерінің, байқалатын шаманың мәні нақты анықталатын күйлердің, байқалатын шаманың әртүрлі мүмкін мәндері үшін үйлесімді суперпозициясы деп есептеледі. Егер Q өлшеуі жасалса, жүйе (Копенгагендік интерпретация бойынша) өзіндік күйлердің біріне секіреді, сол өзіндік күйге тиесілі өзіндік мәнді қайтарады. Жүйені әрқашан тең емес "салмақтары" бар осы өзіндік күйлердің сызықтық комбинациясы немесе суперпозициясы арқылы сипаттауға болады. Интуитивті түрде, салмағы ауыр өзіндік күйлердің пайда болуы "көп мүмкіндігі" бар екені анық. Шындығында, жүйе жоғарыда аталған өзіндік күйлердің қайсысына секіреді, бұл ықтималдық заңымен анықталады: жүйе күйге секіру ықтималдығы тиісті сандық салмақтың квадратының абсолюттік мәніне пропорционалды. Бұл сандық салмақтар ықтималдық амплитудасы деп аталады, ал берілген таза кванттық күйлерден (мысалы, толқындық функциялардан) ықтималдықтарды есептеу үшін қолданылатын бұл қатынас Борн ережесі деп аталады. Әрине, ықтималдықтардың қосындысы, яғни ықтималдық амплитудаларының абсолюттік квадратының қосындысы, 1-ге тең болуы керек. Бұл нормализация шарты. Егер жүйе Q-ның бір өзіндік күйінде екені белгілі болса (мысалы, Q-ның тиісті өзіндік мәнін байқағаннан кейін), Q-ның барлық келесі өлшемдерінде осы өзіндік мәнді байқау ықтималдығы 1-ге (нақты) тең болады (өлшемдер арасында басқа маңызды күштер әрекет етпесе). Басқаша айтқанда, ықтималдық амплитудасы барлық басқа өзіндік күйлер үшін нөлге тең және болашақ өлшемдерде нөл болып қалады. Егер Q өлшеуі кезінде жүйе секіре алатын өзіндік күйлер жиыны R өлшеуі кезіндегі өзіндік күйлер жиынымен бірдей болса, онда Q немесе R-дің келесі өлшемдері әрқашан бірдей мәндерді 1 ықтималдығымен береді, олар қолданылған тәртібіне қарамастан. Ықтималдық амплитудалары ешбір өлшемге әсер етпейді, ал байқалатын шамалар коммутациялайды деп айтылады. Керісінше, егер Q және R-дің өзіндік күйлері әртүрлі болса, онда R-ді өлшеу Q-ның өзіндік күйі емес күйге секіруге әкеледі. Сондықтан, егер жүйе Q-ның бір өзіндік күйінде (бір өзіндік күйден басқа барлық ықтималдық амплитудалары нөл) екені белгілі болса, онда R байқалғанда ықтималдық амплитудалары өзгереді. Q-ның екінші, келесі өлшемі бастапқы күйге сәйкес келетін өзіндік мәнді енді міндетті түрде тудырмайды. Басқаша айтқанда, Q екінші өлшемінің ықтималдық амплитудасы R өлшемінен бұрын немесе кейін болатынына байланысты, ал екі байқалатын шама коммутацияламайды.
Математикалық тұжырымдамасы
Формальды түрде кванттық механикадағы оқшауланған физикалық жүйенің күйі, белгілі бір уақытта, ажыратылатын кешенді Гильберт кеңістігіне жататын күй векторымен сипатталады. Гильберт кеңістігінің күй векторы мен "позициялық негізі" арасындағы қатынасты жақшалы нотация арқылы былай жазуға болады. Кванттық күйді өлшеуге болатын функцияға және оның анықталу облысын берілген σ-шекті өлшем кеңістігіне кеңейту арқылы, оның байқалатын шамамен байланысын түсіндіруге болады. Бұл Лебег ыдырау теоремасын жетілдіруге мүмкіндік береді, μ-ді өзара шекті үш құрамдас бөлікке ыдыратуға болады, мұнда μac Лебег өлшеміне қатысты толық үздіксіз, μsc Лебег өлшеміне қатысты шекті және атомсыз, ал μpp таза нүктелік өлшем болып табылады.
where μac is absolutely continuous with respect to the Lebesgue measure, μsc is singular with respect to the Lebesgue measure and atomless, and μpp is a pure point measure.
Дискреттік амплитудалар
Атомдық болсын (яғни, жиынтық атом); кез келген дискретті айнымалы x ∈ A-ның өлшемі 1-ге тең деп анықталады. Амплитудалар A индексімен белгіленген күй векторынан құралады; оның компоненттері бұрынғы жағдаймен үйлесімділік үшін ψ(x) арқылы белгіленеді. Егер ℓ^(2) нормасы 1-ге тең болса, онда бұл ықтималдық массалық функциясы болады. Ыңғайлы конфигурация кеңістігі X, әрбір x нүктесі байқалатын Q-ның бірегей мәнін тудырады. Дискретті X үшін бұл стандартты базистің барлық элементтері Q-ның өзіндік векторлары екенін білдіреді. Ол Q-ның дегенерацияланбаған өзіндік мәніне сәйкес келсе, онда бастапқы күй үшін Q-ның сәйкес мәнінің ықтималдығы беріледі, егер және тек қана ψ(x) = 1 болса және тек қана егер және ортогональ болса. Әйтпесе ψ(x) модулі 0 мен 1 арасында болады. М теориясы түрлендіру есептеулерін жеңілдету үшін дискретті ықтималдық амплитудасын ықтималдық жиілік доменіндегі (сфералық гармоникалар) негізгі жиілік ретінде қарастыруға болады. Дискретті динамикалық айнымалылар идеалданған көлденең қораптағы бөлшек және кванттық гармоникалық осциллятор сияқты мәселелерде қолданылады.
if and only if is the same quantum state as 1=ψ(x) = 0 if and only if and are orthogonal. Otherwise the modulus of ψ(x) is between 0 and 1. A discrete probability amplitude may be considered as a fundamental frequency in the probability frequency domain (spherical harmonics) for the purposes of simplifying M theory transformation calculations. Discrete dynamical variables are used in such problems as a particle in an idealized reflective box and quantum harmonic oscillator.
Операторлардың амплитудасы
Амплитудалар ұғымы шашырау теориясы аясында да қолданылады, әсіресе S матрицалар түрінде. Белгілі бір вектор үшін вектор компоненттерінің модульдерінің квадраты белгілі бір ықтималдық үлестірімін береді, ал матрица элементтерінің модульдерінің квадраты кездейсоқ процестегідей ауысу ықтималдықтары ретінде қарастырылады. Сонымен, шекті өлшемді бірлік вектор белгілі бір ықтималдық үлестірімін анықтаса, шекті өлшемді унитарлық матрица шекті сандағы күйлер арасындағы ауысу ықтималдықтарын анықтайды. Бұл "ауысу" түсіндіруі дискретті емес кеңістіктердегі L^(2) функцияларына да қолданылуы мүмкін.