§7.3 Dirac符号
不同的量子力学表象所表达的物理内容是完全相同的,但是在表面上看来,不同表象中的量子力学方程的形式却可能很不一样。为了避免不同表象带来的形式上的差异,Dirac引进了一种与表象无关的符号体系,以后就被称为Dirac符号。它的主要内容如下。
量子体系的状态用态矢量代表。态矢量有右矢和左矢两种,二者的关系是
.
这里可以把(Hermitian共轭) 看成一种满足某些公理要求的“形式运算”。
对于两个态和,定义代表一个复数,称为二者的内积,它还满足关系
.
又,假定(注意一定是实数)
其中号只对成立。
态的归一是
两态正交是
算符的头顶上不再打“”号。算符(例如)对右矢的作用直接写为,结果仍然是一个右矢。算符也可以作用于左矢,写为,结果还是一个左矢。任何算符都有它的Hermitian共轭算符,记为,定义为
.
所以,如果
那么
算符乘积的Hermitian共轭满足等式
如果算符有性质
,
那么它就称为Hermitian算符。显然对于Hermitian算符有关系
,
所以是实数。
算符的本征方程是
力学量(算符)的平均值公式是
, (如果已经归一)
或者
. (如果没有归一)
基矢量集的正交归一性可以表为
而完备性可以表为
上式中的某一项
称为属于态的投影算符。它的主要性质是
态矢量在表象中的分解是
其中.
算符在表象中的矩阵元是
,
而算符本身可以写为
.
所以,如果取自己的表象,则有
其中是的本征值,是对应的本征态。
作业:习题7.6; 7.7; 7.8.