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.
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.
