埃伦费斯特定理
量子力学术语
量子力学里,埃伦费斯特定理(Ehrenfest theorem)表明,量子算符的期望值对于时间的导数,跟这量子算符与哈密顿算符对易算符相关。
简介
量子算符的期望值对于时间的导数,跟这量子算符与哈密顿算符对易算符,两者之间的关系,以方程表达为:
其中,A是某个量子算符是它的期望值,H是哈密顿算符,t是时间,ℏ是约化普朗克常数
埃伦费斯特定理是因物理学家保罗·埃伦费斯特命名。在量子力学海森堡绘景里,埃伦费斯特定理非常显而易见;取海森堡方程的期望值,就可以得到埃伦费斯特定理。埃伦费斯特定理与哈密顿力学的刘维尔定理密切相关;刘维尔定理使用的泊松括号,对应于埃伦费斯特定理的对易算符。实际上,从根据经验法则,将对易算符换为泊松括号乘以 ,再取趋向于0的极限,含有对易算符的量子定理就可以改变为含有泊松括号的经典定理。
导引
假设,一个物理系统的量子态为 ,则算符A的期望值对于时间的导数为
薛定谔方程表明哈密顿算符H与时间t的关系为
因为哈密顿算符是厄米算符, 。所以,
将这三个方程代入 的方程,则可得到
所以,埃伦费斯特定理成立:
实例
使用埃伦费斯特定理,可以简易地证明,假若一个物理系统的哈密顿量显性地不含时间,则这系统是保守系统
从埃伦费斯特定理,可以计算任何算符的期望值对于时间的导数。特别而言,速度的期望值和加速度的期望值。知道这些资料,就可以分析量子系统的运动行为。
保守哈密顿量
思考哈密顿算符H:
假若,哈密顿量显性地不含时间, ,则
哈密顿量是个常数 。
位置期望值与时间
试想一个质量为m的粒子,移动于一维空间.其哈密顿量
其中,x为位置,p是动量,V是位势
应用埃伦费斯特定理,
由于 ,位置的期望值对于时间的导数等于速度的期望值:
这样,可以得到动量p的期望值。
动量期望值与时间
应用埃伦费斯特定理,
由于p与自己互相交换,所以, 。又在坐标空间里,动量算符不含时间: 。所以,
将泊松括号展开,
使用乘法定则,
在量子力学里,动量的期望值对于时间的导数,等于作用力F的期望值。
参考资料
最新修订时间:2022-08-25 16:05
目录
概述
简介
导引
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