Dalga fonksiyonu

Kuantum fiziğinde dalga fonksiyonu izole bir kuantum sistemindeki kuantum durumunu betimler. Dalga fonksiyonu karmaşık değerli bir olasılık genliğidir ve sistem üzerindeki olası ölçümlerin olasılıklarının bulunmasını sağlar. Dalga fonksiyonu için en sık kullanılan sembol Yunan psi harfidir ψ ve Ψ (Sırasıyla küçük ve büyük psi harfi).
Spini olmayan tek bir parçacığın klasik ve kuantum harmonik osilatör kavramlarının karşılaştırılması. İki süreç de birbirinden oldukça farklıdır. Klasik süreç (A-B) bir parçacığın bir eğri boyunca hareketini gösterir. Kuantum süreç (C-H) böyle bir gösterime sahip değildir. Bir parçacık yerine bir dalga olarak gösterilir. Dikey eksende gösterilenlerden mavi olan gerçek sayıları temsil ederken kırmızı olan hayali sayıları temsil eder. C-F panelleri Schrödinger denklemi'nin 4 farklı durağan dalga çözümünü gösterir. G-H panelleri ise Schrödinger denklemi'nin çözümü olan fakat durağan olmayan iki farklı çözüm gösterir.
Dalga fonksiyonu, azami bir iletişimli gözlemlenebilirler kümesine karşılık gelen serbest dereceler fonksiyonudur. Belli bir temsiliyet seçildiği sürece dalga fonksiyonu kuantum durumundan türetilebilir.
Belli bir sistemde seçilen iletişimli serbestlik dereceleri özgün veya benzersiz değildir ve karşılıklı olarak fonksiyonun tanım kümesi de özgün veya benzersiz değildir. Örneğin bir konum alanındaki parçacıklarının bütün pozisyon koordinatlarının fonksiyonu olabilir veya bir momentum uzayındaki bütün momentum parçacıkların fonksiyonu olabilir; bu ikisi Fourier dönüşümü üzerinden ilişkilidir. Elektron ve Foton gibi bazı parçacıkların 0 olmayan spinleri vardır ve bu tip parçacıklar için dalga fonksiyonu spini içsel ve ayrı bir serbestlik derecesi olarak alır. İzospin gibi başka değişkenler de alınabilir. Bir sistemin iç serbestlik dereceleri olduğunda sürekli serbestlik derecelerindeki (Uzayda bir nokta) her noktaya dalga fonksiyonu bir karmaşık sayı atar. Bu atama ayrı serbestlik derecelerinin (bkz spinin z-bileşeni) bütün olası değerleri için geçerlidir. Bu değerler genellikle bir sütun matrisinde gösterilirler. (bkz göreli olmayan 1⁄2  spine sahip bir elektron 2 × 1 lik bir sütun vektörü içindir).
Kuantum mekaniğinin süperpozisyon prensibine göre, dalga fonksiyonları birbirleriyle toplanarak veya karmaşık sayılarla çarpılarak yeni dalga fonksiyonları ve karşılığında bir Hilbert uzayı oluşturabilirler. Born kuralı geçiş olasılıklarını iç çarpımlarla ilişkilendirmek için kullanılır. İki dalga fonksiyonu arasındaki iç çarpım karşılıksal fiziksel durumların üst üste gelmelerinin ölçümüdür. Bu kuantum mekaniğinin temel olasılığa dayalı yorumlanmasının yapılması için kullanılır. Schrödinger denklemi dalga fonksiyonlarının zamanla gelişimini belirler ve bir dalga fonksiyonu aynı deniz dalgaları veya ip dalgaları gibi niteliksel olarak davranır çünkü Schrödinger denklemi matematiksel olarak bir dalga denklemidir. Bu dalga fonksiyonu ismini açıklar ve dalga parçacık ikiliğine yol açar. Fakat kuantum mekaniğinde dalga fonksiyonu hala farklı yorumlamalara açık bir fiziksel fenomeni açıklamak için kullanılır. Dalga fonksiyonunun bu özelliği onu klasik mekanikteki dalgalardan ayıran en büyük özelliğidir.
Born'un göreli olmayan kuantum mekaniğindeki istatistiksel yorumunda dalga fonksiyonunun modülünün karesi, |ψ|2, gerçek bir sayı verir. Bu gerçek sayı bir parçacığın belirli bir zamanda belirli bir momentuma sahip olmasının veya belirli bir konumda olmasının ölçümünün olasılık genliğini belirtir. Sistemin bütün serbestlik derecelerinde bu değerin integrali olasılık yorumuna göre 1 olmak zorundadır. Bir dalga fonksiyonunun her zaman sağlaması gereken bu gerekliliğe normalleştirme koşulu denir. Dalga fonksiyonu sonuçta karmaşık sayı değerlerine sahip olduğu için sadece göreli evresi ve göreli büyüklüğü ölçülebilir. İzole olarak ele alınırken dalga fonksiyonunun değerleri bize gözlemlenebilir ve ölçülebilir büyüklükler veya yönlerle alakalı hiçbir bilgi vermez. Ölçülebilir miktarların istatistiksel dağılımlarının bulunabilmesi için özdeğerleri olası ölçümlerin kümesine karşılık gelen bir kuantum operatörün dalga fonksiyonu üzerinde kullanılması gerekir.