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量子力学共轭虚量和共轭复量

时间:2022-08-24 百科知识 版权反馈
【摘要】:数理统计与概率论是研究大量随机现象规律的一门学科。现在人们普遍认为布朗运动的分布函数为正态分布函数。实际上,生活中的许多随机现象都服从或近似地服从正态分布,例如在正常生产条件下各种产品的质量指标,在随机测量过程中测量的结果,生物学中同一群体的某种特征,气象学中的月平均气温、湿度等。也就是说,正态分布的形态完全决定于数学期望与方差。这就从一个新的角度支持量子力学的统计概率假设。

量子力学有无穷的魅力,魅力总是伴随着美与简洁,往往又带有神秘感。

下面我将揭开量子力学神秘面纱新的一角,介绍量子力学的数理基础可以直接和数理统计的相对应。

数理统计与概率论是研究大量随机现象规律的一门学科。自然界(尤其是微观世界)中的现象是瞬息万变无法完全人为控制的,所以随机性不可避免,现象之间又存在着千丝万缕不可捉摸的联系。为了研究它们,人们对随机现象做随机试验。例如,物理学家研究悬浮在液体中的固体微粒(如花粉)在液体分子的随机撞击下做无规则的(布朗)运动,观察花粉在某一段时间内运动的轨迹就是一种随机试验,花粉运动的每一个轨道,就代表一个试验的结局。物理学家无法确切预言每次试验的结局,但能在理论上推理出它可能出现的范围。爱因斯坦用统计方法导出悬浮粒子无规则运动的均方根位移公式,这就是爱因斯坦对分子布朗运动轨道的贡献,而后由法国物理学家佩兰用超显微镜加以观测证实:他测定了布朗粒子的平均质量和平均半径,并观测了布朗粒子在每隔30秒的位移平方的平均值,得出了与爱因斯坦的理论相吻合的结果。现在人们普遍认为布朗运动的分布函数为正态分布函数。

在概率论与数理统计中,正态分布函数是最基本、最常用的:

实际上,生活中的许多随机现象都服从或近似地服从正态分布,例如在正常生产条件下各种产品的质量指标,在随机测量过程中测量的结果,生物学中同一群体的某种特征,气象学中的月平均气温、湿度等。

在正态分布下的平均值是

求其方差值

另一方面,考虑以下的正态密度:

其中算符,[aa]=1,相应的动量算符P=,如此方式引入算符aa就可把谐振子各种本征振动模式比拟为一个“量子库”,即谐振子的哈密顿量写为

aa是一个计数量子的算符,a排在a的右边称为正规排序。

以::标记,aa分别描述量子的产生和湮灭。

注意在上文中已经证明

那么

这里

恰好是坐标本征态,Q|q>=q|q>。鉴于

所以

这恰好是量子力学书中的坐标表象的完备性,而表象及其互变是学习量子力学的数理基础。

借助于有序算符内积分技术,我们发现数理统计中的正态分布(分布密度、期望、方差等)的量子对应恰好是构建量子力学表象的途径,从而可以建立多种物理上有用的广义表象(包括但不局限于纯态的混合态表象)。这就从一个新的角度支持量子力学的统计概率假设。

倘若有一类外星人,他们有特异功能,在他们眼睛的视网膜上成的像就是排好序的,他们理解的正态分布就是正规排序的,那么我们的量子力学在他们看来就是经典力学了。

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