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“要了解全同性,我们首先要知道是怎么区别粒子的。”
“两种方法。”
“第一种方法依靠粒子所具有的不同的物理性质,像质量、电荷、自旋等等,假若粒子的性质有任何的不同,则可以借着测量这不同的性质来区分粒子。”
“根据做实验获得的结果,同一种类的粒子都具有完全相同的物理性质,例如,宇宙里所有的电子都拥有同样的电荷。”
“这就是为什么在论述时经常会提到电子的电荷,而不是哪一个电子的电荷。”
“第一种方法很好理解,就是经典物理系的方法。”
“第二种区分法跟踪每一个粒子的轨道。
只要能够无限精确地测量出每一个粒子的位置,就不会搞不清楚哪一个粒子在哪里。
这个方法有一个问题,那就是它与量子力学的基本原理相矛盾。”
“根据量子理论,在位置测量期间,粒子并不会保持明确的位置。
粒子的位置是由波函数来决定。
而波函数只能给予粒子在每一个位置的概率。”
“随着时间演变,几个粒子的波函数会扩散蔓延,互相重叠。
一旦重叠事件发生,就无法区分在重叠区域的两个粒子。
这样,粒子就越来越不可区分了。”
说到这里,刘行之算是简单的给初阳介绍了一下洪-欧-曼德尔效应的本质,也点出了全同粒子最反常识的地方。
刘行之继续深入的解释。
“全同粒子的量子态是特别种类的多粒子量子态,称为对称态或反对称态。”
“为了简易起见,设想一个量子系统,内中有两个全同粒子。
因为这两个粒子具有完全相同的物理性质,它们的态向量的希尔伯特空间完全相同。
假若标记一个粒子的希尔伯特空间为Η,则这两个粒子结合的希尔伯特空间是张量乘积Η?Η。”
刘行之没有去给初阳介绍希尔伯特空间。
因为没有必要,初阳本身就是顶级数学家,对希尔伯特空间的理解程度估计比他还要深。
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