滑梯上的冰园长
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对本征方程求解可以得到一系列分立的本征值,但也有连续的本征值存在,例如动量的本征值可以取任意实数值。

这种 连续谱 不能像分立谱那样,用本征右矢张成右矢空间然后开始推导其他的东西,因为这样一个空间的维数显然是无穷大的,但我们可以从有限维的分立谱的情况对一些结果进行推广。给出一个连续谱的类似本征方程的方程:

我们用狄拉克δ函数代替克罗内克尔符号,并且用积分代替求和,就会得到下列结果:

量子力学的测量实际上是一种过滤,现在考虑一个具体的例子:

对一维的 位置 坐标有:

假定上式完备,任意一个物理态的右矢在{|x'>}上展开为:

我们需要一个理想的选择性测量实验,假设有一个探测器,当粒子出现在x'处时,探测器作出一次计数,实际上,由于精度限制,探测器最多在x'附近一个小区间进行探测:

在这个范围内的位置变化,探测器无法区分。

当探测器计数一次,态右矢变成:

探测器发生计数的概率为:

概率是归一化的,当|α>也归一化,就得到

在波动力学里,<x'|α>就是|α>态的波函数,这种展开系数就是波函数的x表象。

接下来把位置坐标拓展到三维,态右矢展开为:

| x' >是三个坐标x,y,z的共同本征右矢:

它们满足对易关系:

现在引入平移,也就是空间位移的概念。平移的操作通过一个算符进行:

即平移态

由于积分是在全空间,所以:

说明平移态可以通过替换进一个x'-dx'表示

为了保证归一化,我们要求这个平移算符是幺正的:

归一化
幺正

此外,我们期望多次平移可以用一个算符表示:

对于反方向平移,则取算符的逆:

现在假设一种平移算符的形式:

K是厄米算符

容易证明这个形式满足前面对平移算符的要求,通过这个形式,可以给出算符 K 和算符 x 的关系,首先是:

x的本征方程

由上两式代入对易关系,给出:


代入算符的形式:

取标量积化成:

δ包括一个单位算符。

这个 K 算符是什么?我们不妨猜测它和动量有关系,但从量纲来看, K 的量纲必须是1/m,显然和动量不同,但可以这样处理:

观察一下 德布罗意 关系:

不难发现, K 实际上就是波数k的算符,此时,平移算符又可以写成:

相应的,对易关系变成:

上式说明动量和位置不对易,很久之前我们就讨论过,可以推出 不确定性关系

前面一直在讨论无穷小位移,接下来考虑有限的一段位移

对算符有下列展开:

两个不同方向的平移和动量都是对易的

保留到第二阶

任何情况下,平移的生成元都互相对易,这种群我们称之为 阿贝尔群 ,三维的平移群就是阿贝尔群。既然对易,对动量就有共同本征右矢:

作平移操作:

显然,|p'>是平移算符的一个本征右矢。

1925年,狄拉克发现,经典的 泊松括号 可以用对易关系作替换:

经典泊松括号定义为:

举例来说,经典力学有:

对应量子力学就变成了:

不管怎么称呼,这个括号都有如下性质:

最后一个式子被称为 雅可比恒等式