哈密顿算符 :物理、量子力学领域的算符

更新时间:2023-11-17 17:02

量子力学中,哈密顿算符(Hamiltonian)H为一个可观测量(observable),对应于系统的的总能量。一如其他所有算符,哈密顿算符的谱为测量系统总能时所有可能结果的集合。如同其他自伴算符(self-adjointoperator),哈密顿算符的谱可以透过谱测度(spectralmeasure)被分解,成为纯点(purepoint)、绝对连续(absolutelycontinuous)、奇点(singular)三种部分。

基本内容

量子力学中,哈密顿算符(Hamiltonian) H为一个可观测量(observable),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时所有可能结果的集合。如同其他自伴算符(self-adjoint operator),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,考虑有限势阱的情形,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。

算法

哈密顿算符产生了量子态的时间演化。若为在时间的系统状态,其中为约化普朗克常数。此方程薛定谔方程。(其与哈密顿-雅可比方程具有相同形式,也因为此,冠有哈密顿之名。)若给定系统在某一初始时间()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。

首先,“”这个东西具有“双重性格”,它既是一个矢量,又是一个导数算子(求导运算),所以哈密顿算符兼具矢量和微分的性质。按照定义;

eg:(图2)

其中分别为坐标轴的单位矢量。

(图3)表示D的散度(也记为divD),分别为D在坐标轴上的分量。表示的旋度(也可记为rotH或curlH)。

但仅仅了解到这一地步,对我们以后简化计算没有任何帮助,当什么时候它的优势就能表现出来呢?那就是▽后的函数不再是一个简单的的时候,比如说,是两个标量函数的乘积,那这时就可以使用▽的导数运算性质了,以梯度运算为例,因为我们不知道grad的运算法则,所以直接做是不方便的,但将其表示为后,我们利用的微分运算性质,就可以很容易的得到,相当于

矢量运算性质的应用很好理解,这里不再赘述。知道了它的这些特性后,我们就会发现,场论书籍中给出的所有关于的运算公式,都有着与微分运算相似的形式,综合这两个特性,我们就很容易记忆这些公式了。实际上,对每一个公式我们都可以从定义出发给出严格的证明,但每次都回归定义是不利于我们使用好▽的特性的,反而使运算复杂化,这也就与我们引入算子的初衷相违了。

eg:

再考虑到为导数算符,应在它后面,因此后项改写为图7

故得

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