波包和顫動

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波包和顫動之间的区别

波包 vs. 顫動

在任意時刻，波包（wave packet）是局限在空間的某有限範圍區域內的波動，在其它區域的部分非常微小，可以被忽略。波包整體隨著時間流易移動於空間。波包可以分解為一組不同頻率、波數、相位、波幅的正弦波，也可以從同樣一組正弦波構成；在任意時刻，這些正弦波只會在空間的某有限範圍區域相長干涉，在其它區域會相消干涉。 描繪波包輪廓的曲線稱為包絡線。依據不同的演化方程，在傳播的時候，波包的包絡線（描繪波包輪廓的曲線）可能會保持不變（沒有色散），或者包絡線會改變（有色散）。 在量子力學裏，波包可以用來代表粒子，表示粒子的機率波；也就是說，表現於位置空間，波包在某時間、位置的波幅平方，就是找到粒子在那時間、位置的機率密度；在任意區域內，波包所囊括面積的絕對值平方，就是找到粒子處於那區域的機率。粒子的波包越狹窄，則粒子位置的不確定性越小，而動量的不確定性越大；反之亦然。這位置的不確定性和動量的不確定性，兩者之間無可避免的關係，是不確定性原理的一個標準案例。 描述粒子的波包滿足薛定諤方程，是薛定諤方程的數學解。通過含時薛定諤方程，可以預測粒子隨著時間演化的量子行為。這與在經典力學裏的哈密頓表述很類似。. 顫動(德語：Zitterbewegung；英語：jitter/oscillatory movement)是一種理論上螺旋的或圓形的基本粒子運動，尤其是電子，因而產生了它們所具有的自旋與磁矩。如此運動的存在是由埃爾温·薛丁格於1930年首次提出，這是出於他對自由空間中相對論性電子的狄拉克方程式波包解的分析結果，其中正與負的能態間的干涉產生了看起來是以光速繞著中央的位置變動，其角頻率為2 m c^2 / \hbar \,\!或用頻率表示為大約1.6赫茲。 自由的相對論性粒子的顫動迄今未被觀察到。 Krekora等人的研究成果，基於二次量子化量子理論（適合描述多粒子量子動力學的理論）顯示出：「量子場論禁止一顆電子顫動現象的出現。」Krekora等人亦將他們量子場論的數值模擬用在描述另一個具有爭議性（且某種程度相關）的現象，稱作克萊因悖論。 雖然尚未被證實存在，但是對顫動已進行過兩次模擬。第一次，是使用一個被俘获的离子，将之置于一个使该离子的非相对论性薛丁格方程具有和狄拉克方程同样的数学形式(虽然物理条件不同)之环境中。第二次，在2013年，使用一个玻色-爱因斯坦凝聚装置。.

薛定谔方程

在量子力學中，薛定諤方程（Schrödinger equation）是描述物理系統的量子態怎樣隨時間演化的偏微分方程，为量子力學的基礎方程之一，其以發表者奧地利物理學家埃尔温·薛定諤而命名。關於量子態與薛定諤方程的概念涵蓋於基礎量子力學假說裏，無法從其它任何原理推導而出。 在古典力學裏，人们使用牛頓第二定律描述物體運動。而在量子力學裏，類似的運動方程為薛定諤方程。薛定諤方程的解完備地描述物理系統裏，微觀尺寸粒子的量子行為；這包括分子系統、原子系統、亞原子系統；另外，薛定諤方程的解還可完備地描述宏觀系統，可能乃至整個宇宙。 薛定諤方程可以分為「含時薛定諤方程」與「不含時薛定諤方程」兩種。含時薛定諤方程與時間有關，描述量子系統的波函數怎樣隨著時間而演化。不含時薛定諤方程则與時間無關，描述了定態量子系統的物理性質；該方程的解就是定態量子系統的波函數。量子事件發生的機率可以用波函數來計算，其機率幅的絕對值平方就是量子事件發生的機率密度。 薛定諤方程所屬的波動力學可以數學變換為維爾納·海森堡的矩陣力學，或理察·費曼的路徑積分表述。薛定諤方程是個非相對論性方程，不適用於相對論性理論；對於相對論性微觀系統，必須改使用狄拉克方程或克莱因-戈尔登方程等。.

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