量子力学中的波函数坍缩、哥本哈根诠释与薛定谔方程
1. 量子力学中的可观测量与算符
在量子力学里,每个可观测量都对应着一个算符。对于可观测量 (A),存在算符 (\hat{A}),使得多次测量的平均值为:
(\langle A \rangle = \int d\vec{x} \psi(\vec{x}, t)^* \hat{A} \psi(\vec{x}, t))
以德布罗意波为例,算符 (\hat{A}) 具有本征值 (a) 的本征函数记为 (\psi_a)。当测量与 (\hat{A}) 对应的物理量时,测量结果必定是本征值 (a)。这也为我们寻找动能算符 (\hat{T} = \frac{\vec{p}^2}{2m}) 提供了思路。同样,角动量算符 (\hat{L} = \vec{r} \wedge \vec{p}),通过将 (\vec{p}) 替换为 ((-i\hbar)\vec{\nabla}) 得到。不过,在将经典可观测量转化为算符时需格外谨慎,因为量子算符可能不可对易。
对易子 :
使用测试函数 (\varphi(x)),可以发现对易子 ([p, x] - \varphi(x) \equiv (px - xp) \varphi(x) = -i\hbar \varphi(x)) 不为零,即算符 (\hat{x}) 和 (\hat{p}) 不可对易,([p, x] - = px - xp = -i\hbar)。这个基本的对易规则取代了经典的基本泊松括号。
示例 :
((x - ip)(x + ip) = x^2 + p^2 +
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