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关于量子力学第三章算符与力学量的关系第1页,讲稿共21页,2023年5月2日,星期三一、厄米算符的本征函数的完全性1.复习§3.1的两个假定假定1:量子力学中的每个力学量用一个线性厄米算符表示。假定2:算符的本征值集合即是测量体系力学量可能得到的所有量值;体系处在的属于本征值的本征态时,测力学量,得到确定值。第2页,讲稿共21页,2023年5月2日,星期三
但是在任意态中(非的本征态),此时与代表的力学量的关系如何?这需引进新的假设,适合于一般情况,且不能与假定2相抵触,应包含它。
第3页,讲稿共21页,2023年5月2日,星期三2.完全性:若是满足一定条件的厄米算符,且它的正交归一的本征函数系、……对应的本征值为、……,则任一函数可以按展为级数:
式中是与x无关的展开系数。我们称本征函数的这种性质为完全性,或者说组成完全系。(1)
第4页,讲稿共21页,2023年5月2日,星期三说明:①展开系数
以左乘,且对x的整个区域积分有即:
(2)
第5页,讲稿共21页,2023年5月2日,星期三②表示力学量的算符是厄米算符,不管它是否满足完全性关系要求的条件,都可以直接将数学上证明过的定理拿来就用,即假定力学量算符本征函数的正交归一系具有完全性。
第6页,讲稿共21页,2023年5月2日,星期三3.展开系数的物理含义:
设为归一化的波函数,则根据是正交归一化的完全函数系,有:
因左边是总几率,所以有几率的意义。即:
第7页,讲稿共21页,2023年5月2日,星期三§3.1的假定2
例:若是算符的一个本征态,例如按假设2,在该态中测得的几率是,其中也可由(2)式求得。由此特例同样可以看出具有几率的意义,即表示了在态中测量力学量得到的结果是的本征值的几率,于是称为几率振幅。
则:
第8页,讲稿共21页,2023年5月2日,星期三二、基本假设(力学量与算符的关系)假设3:在(是的本征函数)描写的态中,测量体系的力学量得到的几率是,其中。
综合假设1-3,可得一个基本假定(基本原理),即量子力学中关于力学量与算符关系的基本假设:第9页,讲稿共21页,2023年5月2日,星期三基本假设的正确性同薛定谔方程一样,由整个理论与实验结果符合而得到验证。完全性关系第10页,讲稿共21页,2023年5月2日,星期三解释:
即:
(同理可得二、三维的结果)第11页,讲稿共21页,2023年5月2日,星期三三、平均值公式
在所描写的状态中,在态的统计平均值(由几率求平均值)为
证明:
(假定)第12页,讲稿共21页,2023年5月2日,星期三说明:a.当的本征值构成连续谱时,为:(假定已归一)证明:
第13页,讲稿共21页,2023年5月2日,星期三b.以上证明中假定已正交归一化,对没有正交归一化的波函数:
第14页,讲稿共21页,2023年5月2日,星期三四、推广
若的本征值的组成中既有分立谱又有连续谱,则以上结果可表示为:完全性关系:
为在态中测得的几率;
其中:;;;
为在态中测得在范围内的几率;
第15页,讲稿共21页,2023年5月2日,星期三说明:当时为连续谱情况;时为分立谱的情况;,时为一般情况。平均值公式:;
第16页,讲稿共21页,2023年5月2日,星期三第17页,讲稿共21页,2023年5月2日,星期三
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