Hvis en partikel kan være i superposition på to steder på én gang, trosser den lovbevaringsenergi?

Kvantesuperposition:Det grundlæggende

* hvad det er: I kvantemekanik kan en partikel eksistere i en superposition af tilstande, hvilket betyder, at den ikke er begrænset til en enkelt tilstand, men snarere en kombination af flere tilstande samtidigt. Dette illustreres ofte med den klassiske "Schrödinger's Cat" tankeeksperiment, hvor en kat både er i live og død, indtil det er observeret.

* hvordan det fungerer: Dette betyder ikke, at partiklen fysisk indtager begge steder på én gang. Det er mere nøjagtigt at sige, at partikelens * bølgefunktion * (som beskriver sandsynligheden for at finde partiklen i en given tilstand) er spredt over begge steder.

Energibesparelse og kvantemekanik

* Grundlæggende lov: Loven om bevarelse af energi er et grundlæggende princip i fysik. Den siger, at energi ikke kan skabes eller ødelægges, kun omdannes fra en form til en anden.

* kvanteimplikationer: Mens energibesparelse stadig har kvantemekanik, kan dens konsekvenser være subtile. I superposition er partiklen for eksempel faktisk ikke "på begge steder" samtidig i klassisk forstand. I stedet er det i en sandsynlig blanding af muligheder. Når du måler dens position, kollapser superpositionen "og finder den på det ene eller det andet sted.

adressering af spørgsmålet

Superposition i sig selv trodser ikke direkte loven om bevarelse af energi. Her er hvorfor:

* sandsynlighed og energi: Partiklen i superposition har ikke samtidig besiddelse af energien fra begge stater. Den energi, den har, er knyttet til sandsynlighederne forbundet med dens mulige tilstande.

* Måling: Målingshandlingen er afgørende. Det er først, når du måler partikelens position (eller en anden egenskab), at superpositionen kollapser, og den "vælger" en specifik tilstand med en tilsvarende energi.

Analogi: Forestil dig en mønt, der spinder i luften. Det er i en superposition af hoveder og haler, men det har ikke energien fra begge stater samtidigt. Det er først, når det lander, at det sætter sig ind i en tilstand (hoveder eller haler) med en bestemt energi forbundet med denne tilstand.

Vigtig note: Kvantemekanik er i sagens natur sandsynligt. Vi kan ikke med sikkerhed forudsige, hvor en partikel findes i en superposition, kun sandsynligheden for at finde den på hvert muligt sted.

Kortfattet:

Mens konceptet med superposition kan se ud til at modsige vores klassiske forståelse af energibesparelse, er det faktisk ikke i strid med loven. Sandsynligheden af ​​kvantemekanik sikrer, at partikelens energi forbliver konserveret, selv når det er i en superposition.