En kvantetilstand er innen fysikk en matematisk beskrivelse av den fysiske tilstanden som et system befinner seg i. Kvantetilstander er fundamentalt annerledes enn klassiske tilstander, spesielt med tanke på hva slags utfall eksperimentelle målinger av et fysisk system kan gi opphav til.
kvantetilstand
Beskrivelse
Et fysisk system vil i kvantefysikk beskrives av en såkalt kvantetilstand. Dette er en matematisk beskrivelse av egenskapene til dette systemet, og gir informasjon om hva slags verdier som er mulige å få ved eksperimentelle målinger, samt hvordan det fysiske systemet endrer seg med tiden.
Den matematiske beskrivelsen av en kvantetilstand gis helt generelt av en matematisk vektor som er definert i et komplekst vektorrom. Dette vektorrommet kalles i kvantefysikk for Hilbertrommet.
En mindre generell, men enklere, beskrivelse av kvantetilstander som ofte gis når man først lærer om kvantefysikk, er såkalte bølgefunksjoner. Fysiske systemer beskrives da matematisk som kvantemekaniske bølger.
Kvantetilstander fremviser flere essensielle forskjeller fra den klassiske beskrivelsen av fysiske systemer. To slike forskjeller er sannsynlighet og superposisjon.
Sannsynlighet
I den klassiske beskrivelsen av et fysisk system vil den romlige posisjonen og hastigheten til systemet være fast bestemt. Hvis systemet for eksempel er en partikkel som beveger seg, er det ingen tvetydighet i hvor partikkelen befinner seg eller hvilken hastighet den beveger seg med.
I den kvantemekaniske beskrivelsen av et fysisk system, det vil si via en kvantetilstand, har egenskapene til systemet i stedet en bestemt sannsynlighet for å ha en gitt verdi. For eksempel vil en partikkel kunne beskrives med en kvantetilstand som er en matematisk bølge. Posisjonen til partikkelen er ikke kjent med fullstendig nøyaktighet: i stedet er det en viss sannsynlighet knyttet til at partikkelen befinner seg på et gitt sted. Samme prinsipp gjelder også andre egenskaper enn romlig posisjon til partikkelen.
Superposisjon
I den klassiske beskrivelsen av et system vil systemet kun befinne seg i en gitt tilstand til enhver tid. Dette er annerledes i kvantefysikk. Her kan et system befinne seg i flere tilstander samtidig. Man sier at systemet befinner seg i en superposisjon av tilstander.
For eksempel kan et elektron som befinner seg i en superposisjon av tilstander ha en viss sannsynlighet for å ha elektronspinn som peker opp, men også en viss sannsynlighet for å ha elektronspinn som peker ned. Hvilket elektronspinn systemet faktisk har, får man først kjennskap til når man utfører en eksperimentell måling.
Typer kvantetilstander
Kvantetilstander kan deles inn i to kategorier: ren kvantetilstand og blandet kvantetilstand.
Ren kvantetilstand
En ren kvantetilstand kan beskrives av en gitt matematisk vektor i et komplekst vektorrom (eller bølgefunksjon) eller en superposisjon av slike vektorer.
Blandet kvantetilstand
En blandet kvantetilstand kan ikke beskrives av hverken en enkelt matematisk vektor eller superposisjon av slike vektorer. I stedet må en blandet kvantetilstand beskrives med en tetthetsmatrise. Man kan tenke på blandede kvantetilstander som en statistisk samling av ulike rene kvante tilstander.
Disse beskrivelsene av kvantemekaniske tilstander er nært knyttet til fenomenet sammenfiltring, som ikke har noen analogi i klassisk fysikk.
Les mer i Store norske leksikon
Kommentarer
Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.
Du må være logget inn for å kommentere.