入门量子力学1：斯特恩-盖拉赫实验与量子态

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通过斯特恩-盖拉赫实验，我们踏入量子力学的大门，这个实验揭示了电子自旋的量子化性质。它在1921-1922年间由斯特恩和盖拉赫进行，证实了经典理论中磁矩的预期并非所有粒子都适用。实验中，银原子束在非均匀磁场中展示了独特的偏转模式，仅显示出两种磁矩分量，而非经典预期的无限多种。

在量子力学中，角动量被分为轨道角动量（与物体运动相关）和自旋角动量（与物体自身旋转相关）。自旋角动量的量子化使得我们不能同时精确测量粒子在三个垂直方向上的分量，这与经典物理中的无限可能性形成鲜明对比。

级联斯特恩-盖拉赫实验进一步展示了叠加原理，即电子自旋的态可以叠加，但试图通过级联实验确定每个方向的自旋分量是不可能的，因为每确定一个方向，其他方向的态就变得不确定。这导致了量子态的叠加性质，如[formula]，表示电子自旋在某方向上确定为正的同时，也是不确定的。

量子力学的基本假设包括量子态的叠加性和测量的投影原理。测量过程涉及到系统的状态与观测仪器的纠缠，以及随机性，即使在理想情况下，测量结果也只是将系统投影到一个确定的状态，而非揭示出更多信息。

测量问题一直是量子力学的核心挑战之一，尽管标准量子力学的投影假设提供了计算期望值的框架，但对测量过程的深入理解仍在不断发展中。量子光学和量子信息科学的进步为这些问题提供了新的视角和实验验证，推动了对量子世界的更深层次探索。