Не следует путать с (англ.) ( в физике кристаллов и с борновским приближением в теории рассеяния.

Пра́вило Бо́рна (также зако́н Бо́рна ) — постулат квантовой механики , который определяет вероятность того, что при измерении квантовой системы будет получен данный результат. В простейшей форме правило Борна утверждает, что плотность вероятности найти квантовомеханическую систему в некотором состоянии в результате измерения пропорциональна квадрату амплитуды волновой функции этого состояния. Названо в честь первооткрывателя, немецкого физика Макса Борна , сформулировавшего это правило в 1926 году.

Правило Борна — один из ключевых принципов квантовой механики. Было много попыток вывести это правило из её различных интерпретаций, с неубедительным результатом. Так, на данный момент нет общепринятого способа вывода правила Борна из многомировой интерпретации квантовой физики . Однако в рамках байесианской интерпретации квантовой физики это было сделано расширением стандартной формулы полной вероятности , принимающей во внимание размерность гильбертова пространства включённых физических систем .

Правило

Правило Борна гласит, что если наблюдаемая с дискретным спектром , соответствующая эрмитову оператору , измеряется в системе с нормированной волновой функцией ${\displaystyle \scriptstyle |\psi \rangle }$ (см. Бра и кет ), то:

• результат измерения будет одним из собственных значений ${\displaystyle \lambda }$ матрицы ${\displaystyle A}$ , и, далее
• вероятность измерения заданного собственного значения ${\displaystyle \lambda _{i}}$ будет равна

${\displaystyle P(\lambda _{i})=\langle \psi |P_{i}|\psi \rangle }$ ,

где ${\displaystyle P_{i}}$ — проектор на собственное подпространство ${\displaystyle A}$ , соответствующее ${\displaystyle \lambda _{i}}$ .

В случае, когда собственное пространство ${\displaystyle A}$ , соответствующее ${\displaystyle \lambda _{i}}$ , одномерно и натянуто на нормированный собственный вектор ${\displaystyle \scriptstyle |\lambda _{i}\rangle }$ , ${\displaystyle \scriptstyle P_{i}=|\lambda _{i}\rangle \langle \lambda _{i}|}$ , так что вероятность ${\displaystyle \scriptstyle P(\lambda _{i})=\langle \psi |\lambda _{i}\rangle \langle \lambda _{i}|\psi \rangle }$ . Комплексное число ${\displaystyle \scriptstyle \langle \lambda _{i}|\psi \rangle }$ известно как амплитуда вероятности того, что вектору состояния ${\displaystyle \scriptstyle |\psi \rangle }$ присваивается собственный вектор ${\displaystyle \scriptstyle |\lambda _{i}\rangle }$ . Правило Борна сводится к утверждению, что вероятность равна квадрату модуля амплитуды вероятности:

${\displaystyle P(\lambda _{i})=|\langle \lambda _{i}|\psi \rangle |^{2}}$ .

Квадрат модуля амплитуды равен произведению амплитуды и комплексно сопряженного числа .

В случае, когда спектр ${\displaystyle A}$ не полностью дискретен, спектральная теорема доказывает существование определённой (англ.) ( ${\displaystyle Q}$ , спектральной меры ${\displaystyle A}$ . В этом случае

• вероятность того, что результат измерения лежит в измеримом множестве ${\displaystyle M}$ , будет определяться ${\displaystyle \scriptstyle \langle \psi |Q(M)|\psi \rangle }$ .

Если мы получим волновую функцию ${\displaystyle \scriptstyle \psi }$ для одиночной бесструктурной частицы в позиционном пространстве, это сведется к утверждению, что функция плотности вероятности ${\displaystyle p(x,y,z)}$ для измерения положения в момент времени ${\displaystyle t_{0}}$ будет определяться так: ${\displaystyle p(x,y,z)=\scriptstyle |\psi (x,y,z,t_{0})|^{2}}$ .

История

Правило было сформулировано Максом Борном в статье в 1926 году . В данной работе Борн решал уравнение Шрёдингера для задачи рассеяния и, вдохновлённый работами Эйнштейна в области фотоэффекта , пришёл к выводу (в примечании), что его правило даёт единственно возможную интерпретацию решения. В 1954 году за эту и другие работы Борн был удостоен Нобелевской премии по физике с формулировкой «За фундаментальные исследования по квантовой механике, особенно за его статистическую интерпретацию волновой функции» (вторую часть премии получил Вальтер Боте за изобретение метода совпадений) .

Джон фон Нейман обсудил применение спектральной теории к правилу Борна в своей книге, изданной в 1932 .

См. также

• Статистическая интерпретация волновой функции
• (англ.) (
• Транзакционная интерпретация

Ссылки