在物理学中,算符是一个函数,它作用于物理系统的物理态,使其转变到另一个态。 算符的应用最简单的例子就是关于对称性的研究。 因此,它们是经典力学中非常有用的工具。 算符在量子力学中更加重要,在量子力学中它们构成理论形式的内在部分。
什么是算符?
算符就是对一个函数做一次 运算 或者 操作 ,将其转换为另一个函数。
或者是两个函数或者向量之间的映射关系,在Bra-Ket记法中,可以记为
经典力学中的算符
在经典力学中,粒子(或粒子系统)的运动完全由拉 Lagrangian决定
或者等价的Hamiltonian决定,它们是广义坐标q、广义速度、以及共轭动量
如果L或H独立于广义坐标q,意味着当q改变时,L和H不改变,这又意味着即使当q改变时,粒子的动力学过程仍然相同,则相应的广义坐标对应的共轭动量是守恒的(这是Noether定理的一部分*)。经典力学中的算子与这些对称性有关。
更技术上,当H在某一组变换G的作用下不变时:
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G的元素是物理运算符,在物理态之间映射。
量子力学中算符的运算规则
与物理系统的每一个可测量相对应的是量子力学算符。 算符之所以出现在量子力学中,是因为在量子力学里,我们需要用波函数来描述系统的运动状态。
常用算符