量子力學老師提出了乙個問題 為什麼 Schr dinger 方程裡有虛數 i?

時間 2021-07-02 09:27:24

1樓:鹹魚辣條

我不清楚歷史上的原因是什麼,但從量子力學本身的角度而言,這麼做是方便和自恰的,因為要是是厄公尺算符的話,這個 可以保證封閉量子系統演化的么正性。理論都是人造的,乙個理論造的對不對,好不好,就看它對實驗上可測的可觀測量描述的對不對。你看,對於薛丁格方程(令 ) ,有形式解 。

在 的本徵譜下做分解,有

其中 , 和 分別為對應的Hamiltonian的本徵值和本徵態,滿足 。因此,對於任意可觀測量 ,其平均值隨時間的演化為

其中 為 在能量本徵態下的矩陣元。自然的,我們可以把它分成對角相和非對角相(不考慮簡併)

一般實驗上測到的都是巨集觀小微觀長的時間內的平均值

由於是 Hermitian的,本徵值一定是實數,代表能量,表示式中 隨 的增加,就在復平面單位圓上轉圈,為一有界函式,因此長時平均下非對角項為0,相干振盪消失,可觀測量的長時穩態值為 不隨時間改變,這是合理的。

但是!假如說薛丁格裡面沒有 ,非對角項裡面的時間因子變為,分母不再是乙個有界函式,而是 指數發散的,這一項為無窮大。這就意味著無論對於任意可觀測量,理論預言的長時穩態值都是無窮大。

這種理論是沒有任何意義的。。。

那麼,能不能沒有 呢。 。 。

感覺可能也是可以的,你只要要求的本徵值為純虛數,即為反厄公尺算符,這時演化也還是么正的。那麼能量可以定義成的本徵值。任意可觀測量是不是也可以定義成反厄公尺算符?

對測量理論又會帶來什麼困難?或許能行的通,但是量子力學一定被改得亂七八糟,不簡潔了,屬於脫褲子放屁。 。

。ps: 進一步,如果認為在乙個等能面內 隨 幾乎不變,則量子的長時穩態值 可以等於微正則系綜給出的平均值,此時每個能量本徵態都可以看作乙個熱態,這可以解釋為什麼量子系統可以發生熱化,此即Deutsch( 1991),Srednicki(1994) 提的本徵態熱化假說(eigenstate thermalization hypothesis),感興趣可參看這篇RMP:Colloquium:

Nonequilibrium dynamics of closed interacting quantum systems, RevModPhys.83.863

2樓:flivver

德布羅意闡釋了粒子波的概念

波動性可以表示為因子exp(i(px-ωt)/h)對上式t求導得到E/ih即為定態薛丁格方程因此薛丁格方程裡的i是粒子波動性的數學體現對能量E量子化為算符H即含時薛丁格方程

3樓:不可描述的海森堡

因為波動方程是薛丁格湊出來的,他根據經典波動方程和德布羅意關係推導的,為了滿足相對論動量關係 ,把能量用對時間的偏導表示,動量用對空間的偏導表示就得到K-G方程 。這裡不需要任何虛數,其解出來的波函式是正余弦。

但是後來發現這個方程解釋不了氫原子能譜,所以退而求其次,尋找非相對論的波動方程,從而得到現在的薛丁格方程 ,我們可以看到兩者最大的不同就是薛丁格方程只對時間求了一次導,而對空間求了兩次導,所以需要左邊補上i來達到平衡,這裡的i只是數學上的手法,沒有實際的物理意義。

後來人們發現,由於薛丁格方程不包含相對論,所以方程允許一些粒子出現超光速現象,為了解釋這一現象,物理學家把復共軛的波函式解釋為從未來到過去的反粒子,也就是在虛時間裡運動,這裡的i才有了物理意義。當然後來有了包含狹義相對論的狄拉克方程,物理學家也就不再提這個事情了。

量子力學的乙個簡單問題?

在經典力學中,軌道角動量的定義式為 那麼當r和P共線時,軌道角動量肯定為0了。但這樣的話軌道電子豈不是有機會跟原子核發生碰撞了?還有乙個問題 上述的理解是否真的正確?用經典的概念去解釋量子系統中的現象,可靠程度具體有多高?我們先看電子在空間中的概率密度分布,事實上你會發現當l等於0時,電子在原點處的...

如何向乙個科學知識薄弱的人解釋量子力學?

Peter Tam 我建議還是不要考慮去向這樣的人解釋了,反正他也理解不了,也不需要理解。為什麼非要讓搞不懂的人去搞懂?如果他能懂,大學生也就不需要花那麼長的時間上課了。如果只知道一些皮毛,那不叫懂,甚至還可能出現很多誤解。何必呢? 分析者 其實個人認為非常簡單,因為你不需要跟他解釋太多的東西,只需...

目前量子力學中有哪些詮釋,主流的是那乙個?

王笑鶴 有哥本哈根解釋 平行宇宙理論 退相干歷史 自發定域理論 隱變數理論 等幾個解釋,最主流的是哥本哈根解釋,其次是平行宇宙理論,然後就是退相干歷史。 東方學帝 主流的詮釋是錯誤的。讀共量子論吧,一切就豁然開朗了。參閱 https www. 浙水之濱 應該是哥本哈根解釋了,詳情請隨便找一本大學教材...