不同力学量同时有确定值的条件
当体系处于力学量 F 的本征态时,测量 F 得到的是确定值,即该本征态对应的本征值。但如果在该状态下测量力学量 G,并不一定能得到确定值。如果两个力学量有共同的本征态,且处于该本征态时,才能都得到确定值。
可以证明,F^ 与 G^ 对易 ⇒ 力学量 F 和 G 具有共同本征态。
如果一组算符有共同的本征函数,且这些本征函数组成完全系 ⇒ 这组算符中任意一个算符与其他所有算符对易。
如何完全确定系统状态
为完全确定状态所需的一组两两对易的力学量算符的最小(数目)集合称为力学量完全集。
假如有一组彼此独立相互对易的厄密算符 A^(A^1,A^2,…),根据上面的性质,它们有一组共同的本征函数 ϕn,可以用这组本征函数确定体系的一个可能状态,那么 (A^1,A^2,…) 构成系统的一个力学量完全集。
力学量完全集包含的力学量数目等于体系的自由度。体系的任何状态都可以用力学量完全集所确定的本征函数系展开
ψ=n∑anϕn
例如:
一维运动粒子波函数可以用动量本征态 ϕp∼eipx/ℏ 展开
ψ(x)=∫C(p)eipx/ℏ2πℏdp
故动量构成一维运动粒子的一个力学量完全集。如果是三维运动粒子,它的一个力学完全集可以是动量的三个分量 (px,py,pz)。
不确定度关系的说明
两个力学量 A^,B^,若彼此不对易 [A^,B^]=0,则一般不能同时有确定值。在任一量子态中,其测量值的不确定程度满足不确定度关系 ΔAΔB≥21⟨[A^,B^]⟩
ΔA,ΔB 的定义:
(ΔA)2=∫ψ∗(A^−⟨A^⟩)2ψd3r=⟨ψ∣(A^−⟨A^⟩)2∣ψ⟩
(ΔB)2=∫ψ∗(B^−⟨B^⟩)2ψd3r=⟨ψ∣(B^−⟨B^⟩)2∣ψ⟩
其中 ΔA,ΔB 分别是力学量 A^,B^ 的方均根偏差,代表它们的不确定度,反映的是测量时的涨落。
例子:
∵[x,p^x]=iℏ∴ΔxΔpx≥2ℏ
验证了海森堡不确定性关系。