交换算符

更新时间:2022-08-25 16:55

交换算符(英语:Exchange Operator)是一种量子力学算符,作用于多粒子量子系统。

简介

交换算符(英语:Exchange Operator)是一种量子力学算符,作用于多粒子量子系统。

基本定义

交换算符的定义如下:

其中,即为交换算符。其作用为,将系统中两个粒子所处的态交换。在上面的例子中,态变换成为。显然,对同一个系统做两次交换可以得到原系统。假设交换算符的本征值为则

所以,。由此得到交换算符是自伴算子且是幺正算符

量子力学

量子力学(quantum mechanics)是物理学的分支,主要描写微观的事物,与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱,许多物理学理论和科学,如原子物理学固体物理学核物理学粒子物理学以及其它相关的学科,都是以其为基础。

19世纪末,人们发现旧有的经典理论无法解释微观系统,于是经由物理学家的努力,在20世纪初创立量子力学,解释了这些现象。量子力学从根本上改变人类对物质结构及其相互作用的理解。除透过广义相对论描写的引力外,迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述(量子场论)。

爱因斯坦可能是在科学文献中最先给出术语“量子力学”的物理学者。

算符

物理学里,算符(operator),又称算子,作用于物理系统的状态空间,使得物理系统从某种状态变换为另外一种状态。这变换可能相当复杂,需要用很多方程来表明,假若能够使用算符来代表,可以更为简单扼要地表达论述。

对于很多案例,假若作用的对象有所迥异,算符的物理行为也会不同;但是,对于有些案例,算符的物理行为具有一般性,这时,就可以将论题抽象化,专注于研究算符的物理行为,不必顾虑到状态的独特性。这方法比较适用于一些像对称性守恒定律的论题。因此,在经典力学里,算符是很有用的工具。在量子力学里,算符为理论表述不可或缺的要素。

对于更深奥的理论研究,可能会遇到很艰难的数学问题,算符理论(operator theory)能够提供高功能的架构,使得数学推导更为简洁精致、易读易懂,更能展现出内中物理涵意。

一般而言,在经典力学里的算符大多作用于函数,这些函数的参数为各种各样的物理量,算符将某函数映射为另一种函数。这种算符称为“函数算符”。在量子力学里的算符称为“量子算符”,作用的对象是量子态。量子算符将某量子态映射为另一种量子态。

全同粒子

量子力学里,全同粒子是一群不可区分的粒子。全同粒子包括基本粒子,像电子光子,也包括合成的粒子,像原子分子

全同粒子可以分为两种类型:

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