Quantum Superposition:The Basics

* wat het is: In de kwantummechanica kan een deeltje bestaan ​​in een superpositie van toestanden, wat betekent dat het niet beperkt is tot een enkele toestand, maar eerder een combinatie van meerdere staten tegelijkertijd. Dit wordt vaak geïllustreerd met de klassieke gedachte -experiment "Schrödinger's Cat", waarbij een kat zowel levend als dood is totdat ze worden geobserveerd.

* hoe het werkt: Dit betekent niet dat het deeltje fysiek beide locaties tegelijk inneemt. Het is nauwkeuriger om te zeggen dat de deeltje * golffunctie * (die de kans beschrijft om het deeltje in een bepaalde toestand te vinden) verspreid over beide locaties.

Energiebesparing en kwantummechanica

* Fundamentele wet: De wet van het behoud van energie is een fundamenteel principe in de natuurkunde. Het stelt dat energie niet kan worden gecreëerd of vernietigd, alleen van de ene vorm naar de andere getransformeerd.

* Quantum -implicaties: Hoewel energiebesparing nog steeds geldt in de kwantummechanica, kunnen de implicaties ervan subtiel zijn. Bij superpositie bijvoorbeeld is het deeltje bijvoorbeeld niet in de klassieke zin niet gelijktijdig "op beide locaties". In plaats daarvan is het in een probabilistische mix van mogelijkheden. Wanneer u zijn positie meet, stort de superpositie "ineen" en vindt u het op de ene of de andere locatie.

het aanpakken van de vraag

Superpositie zelf tart de wet van het behoud van energie niet direct. Dit is waarom:

* waarschijnlijkheid en energie: Het deeltje in superpositie bezit niet tegelijkertijd de energie van beide staten. De energie die het heeft, is gekoppeld aan de kansen in verband met de mogelijke staten.

* Meet: De handeling van meet is cruciaal. Het is pas wanneer u de positie van het deeltje meet (of een andere eigenschap) dat de superpositie instort en het "kiest" een specifieke toestand met een overeenkomstige energie.

Analogie: Stel je een munt voor die in de lucht draait. Het is in een superpositie van hoofden en staarten, maar het heeft niet de energie van beide staten tegelijkertijd. Het is pas wanneer het landt dat het zich in één staat (koppen of staarten) vestigt met een specifieke energie die aan die toestand is gekoppeld.

Belangrijke opmerking: Kwantummechanica is inherent probabilistisch. We kunnen niet met zekerheid voorspellen waar een deeltje zal worden gevonden in een superpositie, alleen de kans om het op elke mogelijke locatie te vinden.

Samenvattend:

Hoewel het concept van superpositie ons klassieke begrip van energiebesparing lijkt tegen te spreken, schendt het de wet niet echt. De waarschijnlijkheid van de aard van de kwantummechanica zorgt ervoor dat de energie van het deeltje behouden blijft, zelfs wanneer in een superpositie.