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清华大学量子力学讲义 庄鹏飞教授.pdf
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2. Schroedinger 绘景与 Heisenberg 绘景
1)么正变换的两种方式
前面讨论的空间平移变换 U^( dx ) 和时间平移变换 U^( dt ) 都是对态的作用,
??U( dx ) ???? 1 ? p ? dx ?,
??U( dt ) ???? 1 ? Hdt ?,
而力学量保持不变,可观测量,即力学量矩阵元的时间变化是由态的变化因起
?A^???? U^??? A^? U^??= ?? U^ AU^^??,
这一时间变化既可以看成
???U^, 力学量 A^保持不变,
也可以看成
A^? U^? AU^, 态?保持不变。
两种形式完全等价,不影响力学量的矩阵元的时间变化,特别是不影响力学量
的平均值。例如,空间平移的作用也可以表示为
^^?^^?i^?^? i^?^ i ^^^
x? U ( dx ) xU ( dx ) ?? 1 ? p ? dx ? x ? 1 ? p ? dx ?? x ??? p ? dx , x ? x ? dx 。
2)时间演化的 Schroedinger 绘景与 Heisenberg 绘景
Schroedinger 绘景:
态随时间演化??,t?? U ^ t ( ) ,0 , U ^ t e ( )
力学量保持不变 AS
Heisenberg 绘景:
力学量的时间演化 AHH (t )? U t ( A ) U (0) t , ( )
态保持不变?,
考虑相同的初始条件,
这也是两个绘景的联系。
注意:(1)内积(包括矩阵元,几率幅和平均值)与绘景无关:
?,t ?, t???,0 U^? U^?,0 ?,0 ?,0 = ??
SS S S S S H H
(2)由于么正变换不改变对易关系,如果在 Schroedinger 绘景有对易
关系??A^, B^? C^,即 Heisenberg 绘景的初始对易关系??A^(0), B^(0)? C^(0) ,则
??S S S ??H H H
容易证明有等时对易关系??A^( t ), B^( t )? C^( t ) 。
(3)上面时间演化算符U^( t )? e 中的哈密顿算符是在 Schroedinger
绘景引入的, HH? S ,但是
H^ t? H^ t
^^?^^ SS^^^
HH ( t )? U ( t ) H S U ( t ) ? e H S e ? H S ? H 。
上面只讨论了态和力学量的时间演化,基矢是否也象一般矢量一样随时间
变化?基矢是力学量的本征态,随时间的变化由力学量确定。
在 Schroedinger 绘景:
AS a S? a a S ,
力学量 AS 不含时间,基矢 a S 也不随时间变化。
在 Heisenberg 绘景:
AH ( t ) a , t H? a a , t H ,
因为 AH 依赖时间,故 a H 必依赖于时间。
U ( t ) AS U ( t ) a , t H?? a a , t H , A S U ( t ) a , t H aU ( t ) a , t H ,
与 Schroedinger 绘景的本征方程比较,有
U( t ) a , tH? a S , a , t H ? U ( t ) a S ? U ( t ) a ,0 H 。
总结: Schroedinger 绘景 Heisenberg 绘景
态??,t? U^( t ) ,0 ?与时间无关
力学量 AS 与时间无关 AHH ( t )? U ( t ) A (0) U ( t )
基矢 a 与时间无关 a , t? U^?( t ) a ,0
3)Heisenberg 绘景中的运动方程
由于经典力学中只有力学量随时间演化,不引入态矢量的概念。因此,量
子力学的 Heisenberg 绘景更容易与经典力学比较。
AHH ( t )? e A (0) e
求时间微分,得到 Heisenberg 运动方程,
H ???A^( t ), H^,
其地位类似于 Schroedinger 绘景中的态方程
i ??, t? H^, t 。
比较经典分析力学中的运动方程
dt poisson
得到从经典力学到量子力学的方法,即正则量子化,
经典力学???量子力学??。
4)Ehrenfest 定律
如何构造 H^?有经典对应的量子体系,分析力学的 H ( x , p ) ?量子力学的
H ( x^, p^)。
对于自由粒子,
Heisenberg 运动方程(下面忽略力学量的下标H)
???p^, H^? 0, p^( t ) ? p^(0),
dx^ 1 1 p^( t ) p^(0) p^(0)
??x^, H^??? x^, p^ 2 ???, x^( t ) ? x^(0) ? t ,
dt i??2 i m ?? m m m
对于一般体系
H^?? V ( x^) ,
Heisenberg 运动方程
???p^, H^?? p^, V ( x^) ?,
dt i?? i ??
将^按^的级数展开,并应用??^^,有
Vx ( ) x ??xi, p j? i ? ij
??x^, H^??? x^, p^ 2 ??,
dt i??2 i m ?? m
m???? V( x^),
两边求平均,
m x^? p^??? V( x^) ,
此即 Ehrenfest 定律,对应经典力学中的牛顿定律。由于内积与绘景无关,关
于平均值的 Ehrenfest 定律与绘景无关。
以下没有特殊说明,一般是在 Schroedinger
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不会啊。。... 呃??在哪有讲义……
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