根據量子理論，是否一切皆有可能？

量子態，是量子力學的中心概念。我們將量子粒子的位置和速度看成外部自由度，由一個外部量子態描述，它既可以表示成不同的位置態（具有確定位置）的疊加，也可表示成不同的速度態（具有確定速度）的疊加。波函數就是疊加係數。在數學上，量子態是一種向量（可以理解為一組數），疊加就是這些向量乘以疊加係數後相加。

量子態服從疊加原理：同一系統的任意兩個量子態的疊加依然是它可能的量子態。量子力學的另一個基本假設是，當測量某個屬性時，量子態就隨機「塌縮」到明確具有這個屬性的量子態之一，幾率就是波函數大小的平方。當測量位置時，原來的量子態就變為某個位置態；測量速度時，原來的量子態就變為某個速度態。

對於一個孤立系統，在沒有進行測量時，量子態隨時間的演化由薛定諤方程描述。這個演化是可逆和決定論的，也就是說，給定任意時刻的量子態，可以唯一確定其它任意時刻的量子態。

那麼，是不是一切皆有可能呢？在上面這個例子里，是不是說所有的位置或者所有的速度都有可能呢？

答案是否定的。因為，量子態還受到物理條件和物理定律的限制。

比如，一個常見的例子是在一個無限深勢阱中的粒子。在一個有限範圍內勢能為有限值，在這之外，勢能為無限大。

那麼，通過解薛定諤方程就會發現：在勢能為無限大的區域，波函數為零！也就是說，在任意量子態中，都不會有位置處於這些區域的成分。所以，測量這個粒子的位置，是不可能測到粒子處於這些區域的。

本文得到作者授權

來源：頭條悟空問答

作者簡介

施郁，復旦大學物理學系教授，理論物理和物理學史專家。微信公眾號、科學網博客、新浪微博、今日頭條號皆為「物理文化與施郁世界線」。

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