算符与可观测量

本征态

一个算符的本征态,是这样一种特殊的态:算符作用其上时,让它保持指向同一个方向,只是把它按某个数重新放缩。一般的态在算符作用下会被重新塑形,本征态却以原本的形状现身,只乘上了它的本征值。从这个意义上说,本征态与算符完美契合——它是该算符天然的、固有的态之一。

本征态有着鲜明的物理含义。如果一个系统恰好处于某个可观测量的本征态,那么这个可观测量就拥有单一而确定的值——也就是它的本征值——一次测量必定返回这个值,毫无随机可言。这是量子测量唯一能被完全预言的情形;对于任何别的态,结果都是真正随机的。

由于厄米算符的本征态构成一个完备而正交的集合,任何态都能写成它们的叠加。测量该可观测量,就把态投影到其中一个本征态上,而每个结果的概率,取决于原来的态里含有多少那个本征态的成分。这正是玻恩定则背后的机制,也是测量时表观「坍缩」背后的机制。

Â|ψ⟩ = a|ψ⟩ → |ψ⟩ is an eigenstate with definite value a

处于本征态时,可观测量有一个确定的值,测量结果是必然的。

对某个可观测量而言是本征态的态,对一个与之不相容的可观测量通常并不是本征态。比如说,在位置上很「锐利」,就迫使动量大幅弥散——本征态是系于某个特定可观测量的,而非系于整个系统。

又称
eigenvectoreigenfunction本征矢本徵向量