Kvanttimuuttujan

Kvanttimuuttuja on keskeinen käsite kvanttimekaniikassa, joka kuvaa systeemin havaittavaa ominaisuutta. Toisin kuin klassisessa fysiikassa, jossa muuttujat voivat saada minkä tahansa arvon tietyllä välillä, kvanttimuuttujat ovat usein kvantittuneita, eli ne voivat esiintyä vain diskreetteinä arvoina. Tämä johtuu siitä, että kvanttisysteemin tilaa kuvataan aaltofunktiolla, ja mittausprosessi pakottaa systeemin yhteen tiettyyn omaan tilaan, jolla on mitattava arvo.

Esimerkkejä kvanttimuuttujista ovat hiukkasen sijainti, liikemäärä, energia ja spin. Kun kvanttimuuttujaa mitataan, sen arvo ei ole ennalta määrätty, vaan se määräytyy satunnaisesti kvanttimekaniikan todennäköisyysjakautumien mukaisesti. Mittaustuloksen todennäköisyys riippuu systeemin aaltofunktiosta ennen mittausta. Mittauksen jälkeen systeemin tila romahtaa kyseiseen mitattuun arvoon liittyvään omaan tilaan.

Kvanttimuuttujien epätarkkuussuhteet, kuten Heisenbergin epätarkkuusperiaate, rajoittavat samanaikaisten mittausten tarkkuutta. Esimerkiksi hiukkasen sijaintia ja liikemäärää ei voida tietää täysin tarkasti samanaikaisesti. Kvanttimuuttujien matemaattinen esitys kvanttimekaniikassa tapahtuu yleensä operaattoreilla, jotka vaikuttavat systeemin tilaa kuvaavaan vektoriin Hilbertin avaruudessa. Näiden operaattoreiden ominaisarvot vastaavat mitattavia arvoja.