Kiedy możemy napisać zasadę niepewności Heisenberga jako równość?


14

Wiemy, że zasada niepewności Heisenberga stwierdza, że

ΔfΔt≥14π.

Ale (w wielu przypadkach dla falki Morleta) widziałem, że zmienili nierówność na równość. Teraz moje pytanie brzmi: kiedy wolno nam zmienić nierówność na równość:

ΔfΔt=14π
why =

wydaje się bardzo interesujące
— data datuashvili

1
jak wiem, jest równe, jeśli rozkład gaussowski ma optymalny kształt, zapoznaj się z tą książką The Illustrated Wavelet Transform Handbook: Teoria wprowadzająca i zastosowania w nauce, inżynierii, medycynie i finansach
— data datuashvili

1
link jest zepsuty, kolego, czy możesz wysłać książkę e-mailem lub wysłać inny link? mój e-mail: <electrictranslation@gmail.com> dzięki @datodatuashvili
— Electricman

Odpowiedzi:


8

ΔtΔω

f(t)F(ω)

∫−∞∞f2(t)dt=1(unit energy)∫−∞∞t|f(t)|2dt=0(centered around t=0)∫−∞∞ω|F(ω)|2dω=0(centered around ω=0)

Żaden z tych warunków nie stanowi ograniczenia. Wszystkie mogą być spełnione (dla sygnałów o skończonej energii) poprzez odpowiednie skalowanie, translację i modulację.

Jeśli teraz zdefiniujemy szerokości czasu i częstotliwości w następujący sposób

Δt2=∫−∞∞t2|f(t)|2dtΔω2=∫−∞∞ω2|F(ω)|2dω

wówczas zasada nieoznaczoności stwierdza, że

(2.6.2)Δt2Δω2≥π2

f(t)1/tt→±∞

gdzie nierówność jest zadowolona z równości dla sygnału Gaussa

(2.6.3)f(t)=απe−αt2

Powyższe liczby równań odpowiadają dowodowi poniżej, który pochodzi z kodowania falek i podpasm Vetterli i Kovacevic (str.80):

wprowadź opis zdjęcia tutaj


dzięki za matematykę, postaram się to zrozumieć. @ matt-l
— Electricman

@Matt L .: Dlaczego definiujesz szerokości czasu i częstotliwości za pomocą kwadratowego współczynnika wagowego? Widziałem w szkole, że są i wariancje. Rozbieżności rozkładów mają liniowy współczynnik wagowy? Co to jest? Czy to oznacza, że ​​ta zasada nieoznaczoności nie mówi o wariancjach funkcji i wariancji jej spektrum, ale o czymś innym?
— Martijn Courteaux,

|f(t)|2

f(t)|f(x)|2

1
f(t)f(t)f(t)∫−∞∞t2f(t)dt

3

Nie mogę podać ci całej teorii stojącej za tym (ponieważ dosłownie wypełnia książki), ale okazuje się, że Heisenberg staje się dokładną równością dokładnie dla tej rodziny sygnałów:

st0,ω0,σ,ϕ,γ(t)=exp⁡(−(t−t0σ)2+i(ϕ+ω0(t−t0)+γ(t−t0)2))

gdzie wszystkie parametry są liczbami rzeczywistymi. Ta rodzina jest generowana przez kwadratowe symplektomorfizmy częstotliwościowo-czasowe z pojedynczego atomu Gabora. Te symplektomorfizmy zachowują relację niepewności Heisenberga.

ΔF⋅ΔTγ

Pojęcie obszaru częstotliwości czasowej można jednak uogólnić, aby zmierzyć obszar kształtów, które nie są wyrównane z osią czasu i częstotliwości. Oznacza to, że zamiast iloczynu niepewności między F i T mierzymy iloczyn minimalnej niepewności dowolnych dwóch zmiennych sprzężonych z zakresu F i T. Oszczędźę ci szczegółów, ale dla tej definicji obszaru czasowo-częstotliwościowego rodzina sygnałów daje ty minimum.


1
Czyż nie jest to Gabuor Fijlter Fuonctiuons? '
— Jean-Yves

Jednym z powodów, dla których „wypełnia książki” jest to, że wiele warunków wymaganych dla równości jest precyzyjnie określonych i ograniczonych (często poza wszelką użytecznością w jakimkolwiek innym kontekście, takim jak świat rzeczywisty).
— hotpaw2

Pierwotnym kontekstem zasady nieoznaczoności Heisenberga była fizyka, w szczególności mechanika kwantowa, w której zmiennymi sprzężonymi są pozycja i pęd. Nie ogranicza się do analizy czas / częstotliwość.
— user2718

@BZ, głosisz tutaj chór. Jestem matematykiem-fizykiem kwantowym. Jednak nie widzę tu sensu twojego komentarza ani twojej odpowiedzi.
— Jazzmaniac

2

Zasada nieoznaczoności ustanawia teoretyczną granicę rozwiązania, więc nigdy nie jest zapisana jako równość.

Relacje równości, które napotykasz, dotyczą określonego kontekstu analizy i implementacji analizy. W tym przypadku kontekstem jest analiza sygnału, więc czas / częstotliwość są interesującymi zmiennymi sprzężonymi, a implementacja jest specyficzną zastosowaną falą.

Relacja równości zapewnia sposób porównywania rozdzielczości w różnych implementacjach analizy. Interpretując te relacje należy zachować ostrożność, ponieważ definicja rozdzielczości nie powinna, ale może się różnić.

Relacja równości jest właściwa po zdefiniowaniu dwóch rzeczy: 1) matematycznego znaczenia rozdzielczości. 2) metoda analizy (w tym przypadku wybór falki).


Jeśli zagłębisz się głębiej, zasada Heisenberga stanie się czymś więcej niż stwierdzeniem o rozdzielczości. Jest głęboko powiązany z geometrią częstotliwości czasowej w strukturze matematycznej zwanej symplektyczną nieprzemienną geometrią. Dostarcza teoretyczną miarę informacji dla informacji o częstotliwości czasowej i staje się dokładnie integralnie kwantyzowana. Możesz nawet użyć go do uogólnienia twierdzenia Shannona dla rekonstrukcji dowolnych regionów TF.
— Jazzmaniac,

W mechanice kwantowej zasadą nieoznaczoności jest dowolna z różnorodnych matematycznych nierówności określających fundamentalne ograniczenie precyzji, z jaką pewne pary właściwości fizycznych cząstki znane jako zmienne komplementarne, takie jak pozycja x i pęd p, mogą być znane jednocześnie. Na przykład w 1927 r. Werner Heisenberg stwierdził, że im dokładniej określa się pozycję jakiejś cząstki, tym mniej precyzyjnie można poznać jej pęd i odwrotnie. [Wikipedia - ale nauczyłem się tego w fizyce i odwiedziłem ją ponownie na lekcjach analizy]
— user2718
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.