量子力學一:形式體系

本徵態(eigenstate)

在一個算符所能作用的所有態當中,有少數特殊的態幾乎原封不動地存活下來——算符只是把它們重新縮放。這些就是本徵態(eigenstate),它們是具有確定值的態。能量算符的本徵態是能量唯一銳利的態;自旋 z 的本徵態是確定向上或確定向下的態。它們是構成一切其他態的純音。

定義關係是 A|a> = a|a>:算符 A 作用在本徵態 |a> 上,返回同一個態乘以一個數 a,即本徵值。就物理而言,若系統處於可觀測量 A 的本徵態 |a>,則測量 A 必得值 a(毫無散布)。因為厄米算符的本徵態構成一組完備正交歸一基底,任何態都能展開為 |psi> = sum_n c_n |a_n>,而波恩定則直接從此展開讀出機率 |c_n|^2。

關於理想化的一個重要誠實:對於具有連續譜的可觀測量,其本徵態不可歸一化,因而不是真正的物理態。動量本徵態是無限延伸的平面波 e^{ipx/hbar},位置本徵態是狄拉克 delta 函數——兩者都是有用的數學虛構(它們滿足 delta 函數式的歸一化),你把它們疊加起來以構造真實、可歸一化的波包。相對地,束縛態的能量本徵態是你真的能佔據、誠實可歸一化的態。

態 |up> 是自旋 z 算符 S_z 的本徵態,本徵值為 +hbar/2,故對 |up> 做 z 測量必得 +hbar/2;但 |up> 是 S_x 本徵態的疊加,因此 x 測量的結果是隨機的。

對某一可觀測量確定、對不相容者隨機:本徵態是相對於基底而言的。

連續譜的本徵態(平面波、delta 函數)是不可歸一化的理想化物件,不是物理態;唯有它們的疊加才構成真正的波包。

又称
eigenvectoreigenfunction本徵向量特徵態