فضاء الحالة الكمومية

في الفيزياء ، فضاء الحالة الكمومية هو فضاء مجرد لا تمثل فيه "المواقع" المختلفة مواقع حرفية، بل حالات كمومية لنظام فيزيائي ما . وهو النظير الكمومي لفضاء الطور في الميكانيكا الكلاسيكية .

في ميكانيكا الكم، فضاء الحالة هو فضاء هيلبرت معقد قابل للفصل . يعتمد بُعد هذا الفضاء على النظام الذي نختاره لوصفه. ^{[ 1 ] [ 2 ]} تُشكّل الحالات المختلفة التي قد تنتج عن أي قياس معين أساسًا متعامدًا ، لذا يمكن كتابة أي متجه حالة في فضاء الحالة كمزيج خطي من متجهات هذا الأساس. يُطلق على وجود مُركّبة غير صفرية على امتداد أبعاد متعددة اسم التراكب . في صياغة ميكانيكا الكم، غالبًا ما تُكتب متجهات الحالة هذه باستخدام ترميز برا-كيت المُختصر لديراك . ^{[ 3 ] : 165}

يمكن تمثيل حالة الدوران المغزلي لذرة الفضة في تجربة شتيرن-غيرلاخ في فضاء ثنائي الحالة. يمكن أن يكون الدوران المغزلي متوافقًا مع جهاز القياس (يُسمى اصطلاحًا "أعلى") أو معاكسًا له ("أسفل"). [ 4 ] في ^{تدوين ديراك ،} يمكن كتابة هاتين الحالتين على النحو التالي: ${\displaystyle |u\rangle ,|d\rangle }$يحتوي فضاء نظام الدوران الثنائي على أربع حالات.${\displaystyle |uu\rangle ,|ud\rangle ,|du\rangle ,|dd\rangle }$.

حالة الدوران هي درجة حرية منفصلة ؛ بينما يمكن أن تحتوي فضاءات الحالة الكمومية على درجات حرية متصلة. على سبيل المثال، يمتلك الجسيم في بُعد مكاني واحد درجة حرية واحدة تتراوح من${\displaystyle -\infty }$ل${\displaystyle \infty }$في تدوين ديراك، يمكن كتابة الحالات في هذا الفضاء على النحو التالي:${\displaystyle |q\rangle }$أو${\displaystyle |\psi \rangle }$[ ^{5 ] : 302​}

حتى في بدايات ميكانيكا الكم، كان يُفهم أن فضاء الحالة (أو التكوينات كما كانت تُسمى في البداية) ضروري لفهم مسائل ميكانيكا الكم البسيطة. في عام 1929، بيّن نيفيل موت أن "الميل إلى تصوّر الموجة على أنها موجودة في فضاء ثلاثي الأبعاد عادي، بينما نحن في الواقع نتعامل مع دوال موجية في فضاءات متعددة" يجعل تحليل مسائل التفاعل البسيطة أكثر صعوبة. ^{[ 6 ]} يحلل موت${\displaystyle \alpha }$انبعاث جسيمات ألفا في غرفة سحابية . عملية الانبعاث متناحية، وهي موجة كروية في ميكانيكا الكم، لكن المسارات المرصودة خطية.

كما يقول موت، "من الصعب بعض الشيء تصور كيف يمكن لموجة كروية صادرة أن تُنتج مسارًا مستقيمًا؛ فنحن نعتقد بديهيًا أنها ستؤين الذرات عشوائيًا في جميع أنحاء الفضاء". عُرفت هذه المسألة بمسألة موت . ثم استنتج موت المسار المستقيم من خلال دراسة الارتباطات بين مواقع المصدر وذرتين نموذجيتين، موضحًا أن التأين المتتالي ينتج تحديدًا عن الحالة التي تكون فيها المواقع الثلاثة على خط مستقيم واحد. ^{[ 7 ]}

تصف الميكانيكا الكلاسيكية للأجسام المتعددة حركتها من خلال قائمة أو متجه لإحداثيات وسرعة كل جسم. ومع حركة الأجسام، تتغير قيم المتجه؛ وتُسمى مجموعة جميع القيم الممكنة فضاء الطور . ^{[ 8 ] : 88.} في ميكانيكا الكم، يكون فضاء الحالة مشابهًا، إلا أنه في فضاء الحالة، يُمثل متجهان مضاعفان لبعضهما البعض الحالة نفسها. علاوة على ذلك، يختلف طابع القيم في حالة الكم عن القيم الكلاسيكية: ففي حالة الكم، لا يمكن قياس القيم إلا إحصائيًا (عن طريق التكرار على العديد من الأمثلة)، وبالتالي لا تكون لها قيم محددة بدقة في كل لحظة زمنية. ^{[ 5 ] : 294}

• ميكانيكا الكم – وصف الخصائص الفيزيائية على المستوى الذري ودون الذري 
• الحالة الكمومية – كيان رياضي يصف احتمالية كل قياس ممكن على نظام ما 
• فضاء التكوين (الفيزياء) - فضاء المواضع الممكنة لجميع الأجسام في نظام فيزيائي 

• كلود كوهين-تانوجي (1977). ميكانيكا الكم . جون وايلي وأولاده. رقم ISBN 0-471-16433-X.
• ديفيد ج. غريفيث (1995). مقدمة في ميكانيكا الكم . برنتيس هول. ISBN 0-13-124405-1.
• ديفيد إتش. ماكنتاير (2012). ميكانيكا الكم: منهج النماذج . بيرسون. ISBN 978-0321765796.