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厄米算符
來源:互聯(lián)網(wǎng)

厄米算符,即自伴隨算符,也稱厄米特算符,由數(shù)學(xué)家厄米特提出,是一種表示力學(xué)量的算符。其對應(yīng)的矩陣表示為厄米矩陣,即轉(zhuǎn)置復(fù)共軛等于自身的矩陣。厄米矩陣的本征值為實數(shù),對應(yīng)的本征矢量作為一組完備正交基構(gòu)成一個矢量空間。

厄米算符的特性有:實數(shù)性,厄米算符的本征值和平均值為實數(shù);正交性,屬于不同本征值的本征態(tài),彼此正交;完備性,本征態(tài)的全體構(gòu)成一個完備集。描寫力學(xué)量的厄米算符的本征函數(shù)系是完全系。量子力學(xué)中表示力學(xué)量的算符,必須是厄米算符或厄米算符的函數(shù)。

兩個厄米算符之和仍為厄米算符,但兩個厄米算符之積一般不是厄米算符,除非這兩個厄米算符可對易。

基本內(nèi)容

定義及性質(zhì)

其中? ψ 、是任意波函數(shù),則稱算符F∧為厄米算符。

厄米算符具有一些重要的性質(zhì):

(1)在任何狀態(tài)下,厄米算符的本征值必為實數(shù)

(2)在任何狀態(tài)下平均值為實數(shù)的算符必為厄米算符;

(3)厄米算符的屬于不同本征值的本征函數(shù)彼此正交;

(4) 厄米算符的本征函數(shù)具有完備性。

量子力學(xué)中力學(xué)量用厄米算符來描述

量子體系中的可觀測量(力學(xué)量)用線性厄米算符來描述是量子力學(xué)的一個基本假設(shè),其正確性應(yīng)該由實驗來判定。

量子體系中的力學(xué)量用相應(yīng)的線性厄米算符來描述”具有多方面的含義:

一,算符的線性是狀態(tài)疊加原理所要求的;

二,實驗上的可觀測的力學(xué)量總是實數(shù),力學(xué)量相應(yīng)的算符必須是厄米算符;實際上,這種要求是有些過分了,即使某個力學(xué)量的算符不是厄米算符,只要它的本征值是實數(shù)即可,但是這樣做的結(jié)果會使本征矢變成超完備的,以致不便于使用。

三,量子力學(xué)里測量值通常不是唯一確定的值,而是具有一定概率分布的一系列的值,這些測量值的平均值可用

(ψ 已經(jīng)歸一化)來表示;

四,力學(xué)量之間的關(guān)系也可通過相應(yīng)算符之間的關(guān)系(如對易關(guān)系)來反映出來。

基于以上三點,量子力學(xué)中的力學(xué)量用厄米算符來描述。

厄米算符與經(jīng)典的對應(yīng)

我們知道算符的性質(zhì)可用矩陣來表示,那么厄米算符對應(yīng)怎樣的矩陣呢?

從厄米算符是定義出發(fā):

但是需要指出的是,以線性厄米算符表示力學(xué)量擴(kuò)充了量子力學(xué)中力學(xué)量的范圍,除了有經(jīng)典的對應(yīng)的力學(xué)量外,即使經(jīng)典物理中沒有相應(yīng)的力學(xué)量,但只要是線性厄米算符,在微觀世界中有意義,諸如宇稱自旋同位旋等,也都是力學(xué)量。

算符的厄米性對波函數(shù)的限制

實驗上的可觀測的物理量都是厄米算符,為了保證算符的厄米性,常常要求波函數(shù)滿足一定的條件。接下

來,下文將在一些文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,以常見的幾種一維算符為例,對此做一些探討。

量子力學(xué)中的常見算符

量子力學(xué)中的常見算符有坐標(biāo)算符、動量算符、能量算符、角動量算符等等,對于宇稱算符、自旋算符以及同位旋算符,這里我們不討論。從這些常見的算符出發(fā),分析它們對波函數(shù)的限制,再利用厄米算符的一些性質(zhì)(如兩厄米算符之和仍為厄米算符,可易的兩厄米算符之積仍為厄米算符)來研究更廣泛的算符,以期得到普遍的結(jié)論。

坐標(biāo)算符

滿足厄米算符定義式(1),即對坐標(biāo)算符來說,算符的厄米性對波函數(shù)無附加限制。

參考資料 >

厄米特:路途坎坷的天才數(shù)學(xué)家.澎湃新聞.2024-03-14

II.力學(xué)量與算符.電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院.2024-03-14

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