Ein quantenphysikalisches System wird durch "Zustände" beschrieben.
Ein Zustand ist etwas sehr Abstraktes, das durch eine
vollständige Liste aller Eigenschaften beschrieben wird, die ein System
tatsächlich in der betrachteten Situation (z.B.
Versuchsanordnung) besitzt. Ein Zustand ist sozusagen die
Zusammenfassung aller tatsächlichen Eigenschaften des betrachteten Systems
in der betrachteten Situation. Das setzt voraus, dass das System in diesen
Zustand vorher "präpariert" worden ist, z.B. durch eine bestimmte
Versuchsanordnung, die nur Teilchen mit bestimmten Eigenschaften
durchlässt. Komplementäre Messgrößen können
nicht gleichzeitig einen Zustand beschreiben.
Beispiele für Zustände:
- Zur Beschreibung eines Systems mit einem einzigen freien Teilchen
genügt z.B. die Angabe der Teilchenzahl (also 1), seines Impulses und
seines Drehimpulses (inkl. seines Spins). Dann ist gleichzeitig durch
den Zustand festgelegt, dass Impuls und
Drehimpuls des Teilchens be-stimmt sind.
Da dann der Ort völlig un-be-stimmt ist, ist der Ort keine Eigenschaft
des Teilchens in diesem Zustand (Ein-Teilchen-Zustand mit be-stimmtem
Impuls und Drehimpuls).
- Das freie Teilchen hätte im Prinzip auch so präpariert werden können,
dass es einen be-stimmten Ort besitzt. Dann wird der Zustand des Systems
beschrieben durch die Teilchenzahl (wieder 1), den Ort und den
Drehimpuls des Teilchens. In diesem Fall handelt es sich um einen
Zustand mit be-stimmter Teilchenzahl (1), be-stimmtem Ort und
be-stimmtem Drehimpuls. Da der Impuls in diesem Fall völlig un-be-stimmt
ist, ist der Impuls keine Eigenschaft des Systems in diesem Zustand (Ein-Teilchen-Zustand
mit be-stimmtem Ort und Drehimpuls).
- Das freie Teilchen hätte auch so präpariert werden können, dass seine
Wahrscheinlichkeitsverteilung unter Einhaltung der Heisenbergschen
Un-be-stimmtheitsrelation (HUR) auf einen bestimmten Orts- und
Impulsbereich konzentriert ist. Dann wird der Zustand des Systems
beschrieben durch die Teilchenzahl (wieder 1), die Impuls-Verteilung und
die Orts-Verteilung. Kurzzeitig ähnelt ein solcher Zustand dem eines
klassischen Teilchens, das sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit in
eine bestimmte Richtung bewegt. Messungen würden einen ungefähr
be-stimmten Ort und ungefähr be-stimmten Impuls ergeben. Die Ähnlichkeit
verschwindet aber nach kurzer Zeit, weil dann das zugehörige Wellenpaket
"auseinander geflossen" ist, d.h. dass dann der Zustand auch nicht
mehr durch einen ungefähren Ort und eine ungefähre Geschwindigkeit
(Impuls) beschrieben werden kann.