Stan kwantowy

Stan kwantowy

Stan kwantowy to kluczowy element mechaniki kwantowej, który pozwala przewidzieć prawdopodobieństwa wyników pomiarów układów kwantowych. Można go rozumieć jako informację o obiektach kwantowych, takich jak elektrony, wokół jądra atomowego.

Wiedza historyczna

W 1926 roku pojęcie stanu kwantowego zaczęło się rozwijać poprzez równania Schrödingera oraz mechanikę macierzową Heisenberga. Stan kwantowy opisuje położenie cząstki w przestrzeni, a jego funkcja rozkładu prawdopodobieństwa wskazuje, gdzie można spotkać dany obiekt.

W mechanice kwantowej, każdy elektron musi znajdować się w innym stanie kwantowym, co jest zgodne z zakazem Pauliego. Stany kwantowe są definiowane za pomocą liczb kwantowych, takich jak główna liczba kwantowa $n$, azymutalna liczba kwantowa $l$, magnetyczna liczba kwantowa $m$ oraz spin $s$.

Stan czysty i mieszany

Stan kwantowy dzieli się na stany czyste i mieszane. Stan czysty reprezentowany jest przez wektor $|\backslash psi\backslash rangle$ w przestrzeni Hilberta, natomiast stan mieszany opisuje sytuacje, w których nie mamy pełnej wiedzy o układzie. Stan mieszany można przedstawić jako kombinację stanów czystych z przypisanymi im prawdopodobieństwami.

• Stan czysty: $|\backslash psi\backslash rangle$
• Stan mieszany: $\backslash rho=\backslash sum\_\backslash psi\; w\_\backslash psi\; |\backslash psi\backslash rangle\; \backslash langle\; \backslash psi\; |$, gdzie $\backslash sum\_\backslash psi\; w\_\backslash psi=1$

Potwierdzenia eksperymentalne

Badania eksperymentalne, takie jak doświadczenie z dwiema szczelinami, wykazują, że stany mieszane pojawiają się w wyniku pomiaru, który kolapsuje superpozycję. W eksperymencie z użyciem splątanych fotonów wykazano, że pomiar jednego fotonu wpływa na stan drugiego, co prowadzi do kolapsu stanu kwantowego.

Wyniki tych badań podkreślają, że w makroskali obiekty dekoherują, a efekty kwantowe stają się trudne do zaobserwowania. Im większy obiekt, tym więcej splątanych kwantów, co prowadzi do klasycznego zachowania w zgodzie z mechaniką klasyczną.