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3.海森伯绘景,密度矩阵

3.海森伯绘景,密度矩阵

作者: Obj_Arr | 来源:发表于2021-01-22 23:44 被阅读0次

关于时间的处理,一种是将时间放置到波函数中,定态波函数,含时和不含时的情况就是这样,算符只是关于坐标的函数,这种称之为薛定谔绘景。还有一种处理方法,将时间放置到算符上面去,这样得到的算符就不仅仅是坐标的函数,还是时间的函数。这种就是海森伯绘景。这种方法下,算符作用在最初的波函数上,可以求解之后任意时间的波函数。

然后是密度矩阵,之前也说过,矩阵的好处就是可以更加细致入微,虽然本质上没什么区别,仅仅是将波函数按照某一物理量的本征函数组展开了。但是在运算过程的逐步理解上比较友好,形式化的,各种性质容易迁移和验证。这个密度矩阵,是在考虑更广泛的问题背景下引入的,之前所考虑的系统总是隐含了一个条件,即他们总是可以完全测量的,虽然说不知道精确的物理量数值,但是总可以依靠一个波函数给出所有可能的值及其概率,本质上是完全确定的,不会出现不能预测的东西。但是,这样的系统毕竟是精心挑选出来的,事实上存在着不能不具有波函数的系统,凭借一个波函数不能完全描述他,比如一个具有波函数的封闭系,他内部的一个子系统,往往就不具有波函数,因为假如这个子系统具有波函数,那么他的互补的部分构成的子系统也应该具有波函数,这两个波函数的乘积就是这个封闭系的波函数。这在算符的乘积那一块讨论过,不过我可能没有写。而且为了保证随时间的变化这个乘积关系保持不变,子系统必须和互补部分相互独立,没有相互作用。显然对于我们任意选择的子系统而言,这种限制条件太过严苛了。所以存在着大量的系统,不能通过波函数直接描述。

那么怎么办呢,就要靠密度矩阵了,通过对子系统进行扩充,总可以找到一个可用波函数描述的大系统,将这个子系统给包进去,而且,子系统只影响这个大系统的部分坐标,所以总体波函数的坐标关系总可以分成两块,一块受子系统影响,一块不受影响。

密度矩阵\rho\left(x^{\prime}, x\right)=\int \Psi^{*}\left(q, x^{\prime}\right) \Psi(q, x) \mathrm{d} q

密度矩阵表示的平均值 \bar{{f}}=\int\left[\hat{f} \rho\left(x^{\prime}, x\right)\right]_{x^{\prime}=x} \mathrm{~d} x

通过一些技巧,得到这样的表示,于是,只要知道了密度矩阵,物理量的平均值还是可以求的。具体的嘛,也不好去讲。反正这个波函数肯定和之前的是有区别的。之前可以整体对坐标积分,这里就只能分别积分了。所以这显然是一种推广。之后是密度矩阵的各种性质。一个重要性质,就是区分纯态和混合态。纯态就是最开始考虑的那种系统,一个波函数就表示出来了,混合态就必须用密度矩阵才能表示。对于纯态而言,密度矩阵是变量分离的,可以表示为波函数的乘积,结果就发现,具有幂等性,就是说自身的平方还是自己,自乘多少遍这个矩阵都不会变换。

就到这里了,碰到陌生的概念,速度自然就会慢下来了,不过,这或许才是真正的学习,熟悉的东西不过知识的运用,即使遇到困难了,也总是在一个框架下,按照某种熟知的推理轨迹,很容易解决,算不得学习新知。如果,对这一框架非常熟悉,即使概念不通,也不过是这种框架的理论填充,倘若理清了概念的映射关系,甚至可以举一反三,实现定理间的对应,成为跨理论掌握者,虽然名头很响,但实质上没有真正意义上的进步,进步就体现在对知识框架的突破,全新的量的关系,从未见过的运算手段,无法触类旁通的推理关系,只能靠着一些极为基础的工具而前进,这就体现对思维模式的变革,是大进步,最近也就学习微分几何的时候这种感觉很强烈,从完全不明白到慢慢习惯于那种表述,尽管花费了大量时间和精力,却也感到非常值得。这也是数学的一大魅力了。

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