演进算符

科普中国-科学百科 2018-02-10

  演进算符,即哈密顿算符,为一个可观测量,对应于系统的总能量。一如其他所有算符,哈密顿算符的谱为测量系统总能是所有可能结果的集合。

  算符

  在物理学里,算符(operator),又称算子,作用于物理系统的状态空间,使得物理系统从某种状态变换为另外一种状态。这变换可能相当复杂,需要用很多方程来表明,假若能够使用算符来代表,可以更为简单扼要地表达论述。

  对于很多案例,假若作用的对象有所迥异,算符的物理行为也会不同;但是,对于有些案例,算符的物理行为具有一般性,这时,就可以将论题抽象化,专注于研究算符的物理行为,不必顾虑到状态的独特性。这方法比较适用于一些像对称性或守恒定律的论题。因此,在经典力学里,算符是很有用的工具。在量子力学里,算符为理论表述不可或缺的要素。

  对于更深奥的理论研究,可能会遇到很艰难的数学问题,算符理论(operator theory)能够提供高功能的架构,使得数学推导更为简洁精致、易读易懂,更能展现出内中物理涵意。

  一般而言,在经典力学里的算符大多作用于函数,这些函数的参数为各种各样的物理量,算符将某函数映射为另一种函数。这种算符称为“函数算符”。在量子力学里的算符称为“量子算符”,作用的对象是量子态。量子算符将某量子态映射为另一种量子态。1

  演进算符简介

  量子力学中,哈密顿算符(英语:Hamiltonian,缩写符号:H) 为一个可观测量,对应于系统的总能量。一如其他所有算符,哈密顿算符的谱为测量系统总能是所有可能结果的集合。如同其他自伴算符,哈密顿算符的谱可以透过谱测度(spectral measure)被分解,成为纯点(pure point)、绝对连续(absolutely continuous)、奇点(singular)三种部分。纯点谱与本征矢量相应,而后者又对应到系统的束缚态(bound states)。绝对连续谱则对应到自由态(free states)。奇点谱则很有趣地由物理学上不可能的结果所组成。举例来说,考虑有限深方形阱的情形,其许可了具有离散负能量的束缚态,以及具有连续正能量的自由态。

  哈密顿算符产生了量子态的时间演化。若 为在时间t的系统状态,

   其中 为约化普朗克常数。此方程为薛定谔方程。(其与哈密顿-雅可比方程具有相同形式,也因为此,H冠有哈密顿之名。)若给定系统在某一初始时间(t= 0)的状态,我们可以积分得到接下来任何时间的系统状态。其中特别的是,若H与时间无关,则

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  本词条内容贡献者为:

  孙和军 - 副教授 - 南京理工大学

责任编辑:科普云

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