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牛津通识读本:量子理论 [14]

By Root 1248 0
迫使观测者在精确的空间分辨率(短波长)和小的系统扰动(低频率)间进行取舍。用定量表达这个平衡将会引出海森堡不确定关系。从中可以发现,位置不确定度△x和动量不确定度△p之间的乘积△x.△p大小不能小于普朗克常数ħ的量级。

10.薛定谔和海森堡

如果H是哈密顿量(能量算符),薛定谔方程为

如果H没有明确的时间依赖(通常就是该情况),方程(10.1)的解可以在形式上写成

该理论的物理结果都源自形式为<a|O|β>的矩阵元性质。写出其明确的时间依赖行为(10.2),得到

将上式中的项以不同的方式结合,得出

这里的时间依赖性,可以说已经被推向一个时间依赖的算符

这样,方程(10.5)能够作为如下微分方程的解

将时间依赖与算符观测量,而不是与状态相联系,这种量子理论的思考方式就是海森堡最初处理这个问题采用的方法。因此,本条目的讨论证明了量子理论的两个伟大创建者的方法是等价的,尽管他们最初处理问题的方式看起来是如此不同。

11.统计学

如果1和2是全同且不可区分的粒子,那么|1,2>和|2,1>必须对应于相同的物理状态。由于形式理论的射影表示特性(见条目7),这意味着

这里λ是数字。但是,交换1和2两次后,结果不会改变,所以它一定确实恢复到初始状态。因此,情况一定是

它有两种可能值:λ=+1(玻色统计),或λ=-1(费米统计)。

12.狄拉克方程

在威斯敏斯特教堂内保罗·狄拉克的墓碑上,刻着以下方程:

这就是他著名的电子相对论波动方程,以四维时空符号给出(使用量子理论中的自然单位,其使ħ=1)。[γ是4乘4的矩阵,ψ是所谓的四分量旋量[2(自旋)乘2(电子/正电子)状态]。在本书这样的导读性作品中,我们只能介绍这么多,但是不管在论文中、在书页上或在大教堂的石墓上,看到的人都应该有机会对这个物理学中最漂亮、最深刻的方程之一表达敬意。

注释

[1]G、R、W分别为三人姓的首字母。——编者

[2]左矢英文为bra,右矢为ket,括号为bracket。——编者

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