量子力學一:形式體系
可觀測量(observable)
可觀測量(observable)是任何你實際能測量的物理量——位置、動量、能量、角動量的某一分量、自旋。定義量子力學的那一步是:每一個這樣的量都不是附著在系統上的一個數,而是作用在其態向量上的一個算符。可測的數字藏在那個算符裡,等著被測量抽取出來。
形式上,可觀測量由一個厄米算符 A 表示。它的本徵值 a_n 是測量唯一可能的結果,而它的本徵態 |a_n> 是使該結果必然發生的態。對態 |psi> 測量 A,會以機率 |<a_n|psi>|^2(波恩定則)得到結果 a_n,並在測後把系統留在對應的本徵態 |a_n>。因為 A 是厄米的,那些結果是實數、本徵態構成完備基底,於是「可能值與機率」這個故事永遠有良好定義。
統攝的概念是相容性(compatibility)。兩個可觀測量能同時被測到任意精確,若且唯若它們的算符對易,[A, B] = 0,此時它們共享一組共同的本徵基底;若它們不對易,就服從一條測不準關係,無法同時銳利。一組彼此對易的可觀測量的極大集——完備對易可觀測量集(CSCO)——提供一整組標籤(量子數),唯一地為每個基底態命名,這也是為什麼一個原子態會被 n、l、m 與自旋標記。
能量是由哈密頓算符 H 表示的可觀測量;位置 x 與動量 p 是不對易的可觀測量([x, p] = i hbar),故沒有任何態能同時把兩者定義得完美無誤。
對易的可觀測量共享銳利值;不對易的則透過測不準關係交換銳利度。
並非每個厄米算符都對應到人們會例行測量的東西,而且著名的是:在普通量子力學裡,時間是一個參數,不是一個可觀測量算符。
又称
另见