哈密顿算子

更新时间:2023-11-10 20:34

磁场电场理论中,为简化运算,引入了一些算子的符号,它们已经成为场论分析中不可缺少的工具,应用较多的有哈密顿算子和拉普拉斯算子。哈密顿算子( Hamiltonian), 数学符号为▽,读作Nabla。量子力学中,哈密顿算子(Hamiltonian) 为一个可观测量(observable),对应于系统的的总能量。

定义

哈密顿(W.R.Hamiltonian)引进了一个矢性微分算子: ,称之为哈密顿算子或者▽ 算子。

记号▽ 读作“那勃乐(Nabla)”,在运算中既有微分又有矢量的双重运算性质,其优点在于可以把对矢量函数的微分运算转变为矢量代数的运算,从而可以简化运算过程,并且推导简明扼要,易于掌握。

▽ 本身并无意义,就是一个算子,同时又被看作是一个矢量,在运算时,具有矢量和微分的双重身份。

运算规则

矢性微分算子

哈密顿引进了一个矢性微分算子称为哈密顿算子或 算子: 。

记号读作“那勃勒”,在运算中既有微分又有矢量的双重运算性质,其优点在于可以把对矢量函数的微分运算转变为矢量代数的运算,从而可以简化运算过程,并且推导简明扼要,易于掌握。

其运算规则为

(1)

(2)

(3)

数量(标量)场的梯度与矢量场的散度旋度可表示为:

(1) ;

(2) ;

(3) 。

与拉普拉斯算子的关系

常用公式

准备工作

设,首先引入新的矢性微分算子,如下所示:

它既可以作用在数性函数 u=u(M) 上,又可以作用在矢性函数B(M) 上。

(1);

(2)。

需要注意的是:

(1)与 是完全不同的;

(2)与是无意义的。

公式汇总

(1)(C为常数);

(2)(C为常数);

(3)(C为常数);

(4);

(5);

(6);

(7)(C为常矢);

(8)(C为常矢);

(9);

(10);

(11);

(12);

(13);

(14);

(15);

(16);

(17);

(18),其中。

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