算符与可观测量

厄米算符

厄米算符是指那种等于自身伴随的算符——所谓伴随,就是先取复共轭、再把行与列对调后得到的算符。这种平衡的对称听起来像是个技术细节,但它恰恰是使一个算符配得上去表示某种可测之物的那条性质。量子力学里每一个真正的可观测量,都是由厄米算符搭建而成的。

厄米算符有两条从其对称性中流淌出来的珍贵特征。其一,它的全部本征值都是实数,这至关重要,因为测量结果必须是一个普通的实数读数,而不能是虚数。其二,它对应不同本征值的本征态彼此正交,并可被选取得足以张满整个空间,于是任何态都能写成它们的叠加——这正是该可观测量取确定值的那组基。

这两条事实合在一起,解释了厄米算符为何稳居理论的中心。它们保证了测量的可能结果是实数,保证了这些结果彼此互斥,也保证了所有结果的概率加起来等于一。当物理学家说一个可观测量由一个算符表示时,他们指的永远是一个厄米算符。

† =  ⇒ eigenvalues are real, eigenstates orthogonal

等于自身的伴随,迫使本征值为实数、并给出一组完备而正交的本征态。

对于像位置和动量这样的无界算符,数学家会区分仅仅是厄米的与完全自伴的,后者需要对定义域格外小心。在日常物理中两者常被混用,而本征值为实数的结论依然成立。

又称
self-adjoint operator自伴算符厄米特算符埃尔米特算符