32动量算符和角动量算符
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角动量算符平方与动量分量的对易关系角动量算符和动量算符是量子力学中的两个重要算符,它们描述了粒子的运动和旋转性质。
在量子力学中,一个物理量A的算符表示为^A,而物理量B的算符表示为^B。
首先,我们来定义角动量算符和动量算符:1. 角动量算符:在量子力学中,角动量算符通常用L表示,其三个分量的算符分别为^L_x,^L_y和^L_z。
2. 动量算符:动量算符通常用p表示,其三个分量的算符分别为^p_x,^p_y和^p_z。
然后,我们来讨论角动量算符平方和动量算符分量的对易关系。
在量子力学中,对易关系可以用来描述两个算符的关系,对易关系为[ ^A, ^B ] = ^A ^B - ^B ^A。
首先,我们来计算角动量算符平方和角动量分量的对易关系:( ^L_x )^2 = ^L_x ^L_x = ( ^L_x ^L_x - ^L_x ^L_x ) + ^L_x^L_x= ^L_x ( ^L_x ^L_x - ^L_x ^L_x ) + ^L_x ^L_x= [ ^L_x, ^L_x ] ^L_x + ^L_x ^L_x= 0 + ^L_x ^L_x= ^L_x ^L_x同理,可得( ^L_y )^2 = ^L_y ^L_y 和 ( ^L_z )^2 = ^L_z ^L_z。
接下来,我们来计算角动量平方与动量算符分量的对易关系:[ ( ^L_x )^2, ^p_x ] = ^L_x ^L_x ^p_x - ^p_x ^L_x ^L_x根据量子力学中的对易关系,角动量算符和动量算符的分量满足对易关系:[ ^L_i, ^p_j ] = iħ ε_ijk ^L_k其中ε_ijk是三维Levi-Civita符号,i,j,k可以取x,y,z。
带入上式:[ ( ^L_x )^2, ^p_x ] = ^L_x ^L_x ^p_x - ^p_x ^L_x ^L_x= ^L_x ħ ε_xyz ^L_z - ħ ε_xyz ^L_z ^L_x= ħ ε_xyz ( ^L_x ^L_z - ^L_z ^L_x )同理可得:[ ( ^L_y )^2, ^p_y ] = ħ ε_xyz ( ^L_y ^L_z - ^L_z ^L_y )[ ( ^L_z )^2, ^p_z ] = ħ ε_xyz ( ^L_z ^L_z - ^L_z ^L_z )可见,角动量算符平方和动量算符分量并不对易。
动量算符和角动量算符的对易关系
动量算符和角动量算符的对易关系是量子力学中一个重要的基本原理。
在物理学中,对易关系是指两个算符A和B,它们的对易子是0,即[A,B]=AB-BA=0。
如果两个算符A和B的对易子不等于0,那么它们是不对易的。
在量子力学中,动量算符和角动量算符的对易关系是:
[Px, Lz]=iħYx
[Py, Lz]=iħYy
[Pz, Lz]=iħYz
其中Px、Py和Pz分别表示沿着X、Y和Z方向的动量算符,Lz表示沿着Z方向的角动量算符,ħ是普朗克常数除以2π,而Yx、Yy和Yz 表示一个轨道角动量算符在X、Y和Z方向上的本征值,它们称为
“本征矢”。
这个对易关系告诉我们,在量子力学中,动量算符和角动量算符是互
相影响的。
如果我们测量一个粒子的动量,就会影响其角动量,并且
在测量其角动量时,会影响其动量。
这个关系是量子力学的基本原理
之一,它描述了物理世界的量子性质。
总的来说,动量算符和角动量算符的对易关系是量子力学中一个非常
重要的基本原理,它不仅仅涉及到动量和角动量的测量,还涉及到粒
子的本质结构和量子性质。
因此,对于每一个学习量子力学的人来说,理解动量算符和角动量算符的对易关系是非常必要的。
32动量算符和角动量算符
?3.2 动量算符和角动量算符
一(动量算符。
,,,,,,1. 动量算符的本征值方程:,三个分量方程是 (3.2.1) ,,,,,,r,p,rppi ,,,,,,,,,,, ,r,p,r,,,x,,,pxpi,x
,,,,,, , (3.2.2) ,,,y,,,,,,,,r,p,rpypi,y
,,,,,,,,,,, ,r,p,r,,,z,,,pzpi,z
通解是
i,,p,r,,,,C是归一化常数。
(3.2.3) ,,,r,Cep
2.动量本征函数的归一化。
i,,,,,,,,,p,px,p,py,,,
p,pz,,,,,,,,xxyyzz2,,,,,,,,,,r,rd,,Cedxdydzp p,,,,,,,,,,,,
i,ppx,,,,,xx,,,,edx2,,,pp,,因为,所以有 xx,,,
,,2,3,,,,,,,,,,,,,rrd,C2p,pp,pp,p,,,,,,,,,,,,,ppxxyyzz,,,
2,,3,,,,,,C2,,p,p,
3,,,2,,,如果取,,,则,r归一化为函数。
C,2,, Y p
,,,,,,, ,,,,,,;rrd,p,p,,,,,,pp,,, i,,p,rA A
1,(3.2.4) ,,,,,r,ep3 O X
2,,2,,
(3.2.5)
Z
3.箱归一化
i,,p,r,,,,A,,,r,Ce在A(L/2,y,z)和(-L/2,y,z)点, 的值应相同。
即 p
11ii,,,,,pL,py,pzpL,py,pz,,,,xyzxyz,2,2,,,,Ce,Ce i,,pLx,e,1
pxL,2n,n所以,是正负整数或零。
xx,
2,n,xp,,n,0,,1,? (3.2.6) xxL
2,n,y (3.2.7) p,,n,0,,1,?yyL
2,n,zp,,n,0,,1,? (3.2.8) zzL
当L时,的本征值就变为连续谱。
p,p,p,,xyz
i,,p,r1,,,,,,r,e (3.2.9) p32L
LLL1,,,,222,由可求出归一化系数。
,,,,,r,rd,,dxdydz,1ppLLL,,,,3,,,L222二(角动量算符
:,::,,在直角坐标系下, 1.角动量算符L,r,p
,,ˆˆˆ lypzpiyz,,,,,,()xzy,,zy
,,ˆˆˆlzpxpizx,,,,,,() (3.2.10) yxz,,xz
,,ˆˆˆ lxpypixy,,,,,,()zyx,,yx2222 (3.2.11) L,L,L,LXYZ
222,r,x,y,z,,x,rsincos,,,,,122,,,y,rsinsin,,,tanx,y/z (3.2.12) ,,
,,,1z,rcos,,,,tany/x,,,,
2.在球坐标系中角动量算符
,,ˆlictg,,, (sincos) ,,,x,,,,
,,ˆlictg,,,(cossin) ,,,,y,,,,
,ˆ (3.2.14) li,,,z,,
2:,,1,,1,,,22, l,,,sin,,,,,22,,sin,,,sin,,,,,,,1. l 本征函数 z ˆ角动量算符的本征函数 lz
1im, ,,,e(m,0,,1,,2,?)()m2,
组成正交归一系:
2,*,,,,,,()()d, (7) ,,mmmm,0
2ˆ2. 本征值和本征函数: l
:222ˆl的本征值方程: ,,,,lY,,,,,,Y,,,
2222ˆˆ角动量平方算符l本征值为,角动量平方算符l属于本征值的本征函l(l,1),l(l,1),
mim,数为: YY,(,,),NP(cos,)elmlmlml
2l,1l,m!,,是归一化系数。
N,lm,,4,l,m!
2,,*Y,(,,)Y(,,,)sin,d,d,,,组成正交归一系: (8) ,,lmlmll,,00
2,,*Y,(,,)Y(,,,)sin,d,d,,,, (7)和(8)可合写为 (9) ,,,,lmlmllmm,,00
式中 l,0.1,2,?;m,0,,1,,2,?,,l。