共轭物理量

更新时间:2022-08-25 16:51

共轭物理量(Conjugate variables)指在量子力学中其算符对易的物理量。它的概念来自于哈密顿力学,其中共轭动量表述为拉格朗日函数广义速度的偏微分。

简介

共轭物理量(Conjugate variables)指在量子力学中其算符对易的物理量。它的概念来自于哈密顿力学,其中共轭动量表述为拉格朗日函数广义速度的偏微分:

在量子力学中,物理量A和B共轭的定义为,其算符不满足对易关系:

它们的一个重要特性是存在不确定关系:

最经典的共轭物理量包括位置/动量、时间/能量等。

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。

交换律

交换律(Commutative property)是被普遍使用的一个数学名词,意指能改变某物的顺序而不改变其最终结果。交换律是大多数数学分支中的基本性质,而且许多的数学证明需要倚靠交换律。简单运算的交换律许久都被假定存在,且没有给定其一特定的名称,直到19世纪,数学家开始形式化数学理论之后,交换律才被声明。

广义动量

拉格朗日力学哈密顿力学时常涉及广义动量。这是因为采用广义坐标有许多优点。而广义动量是正则共轭于广义坐标的物理量,又称为共轭动量。

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