Оператор места

Каково среднее местоположение электрона в атоме? В данном состоянии |y> каково среднее значение координа­ты х?Разберем одномерный случай, а обобщение на трех­мерный или на системы с большим числом частиц останется на вашу долю. Мы имеем состояние, описываемое функцией y (x), и продолжаем раз за разом измерять х. Что получится в среднем? Очевидно, ∫ xP (x) dx, где Р (х) — вероятность обнаружить

электрон в небольшом элементе длины dx возле х. Пусть плот­ность вероятности Р (х)меняется с х так, как показано на фиг. 18.1.

Фиг. 18.1. Кривая плотно­сти вероятности, представ­ляющей локализованную час­тицу.

Вероятнее всего вы обнаружите электрон где-то возле вершины кривой. Среднее значение х тоже придется куда-то на область невдалеке от вершины, а точнее, как раз на центр тяжести площади, ограниченной кривой.

Мы видели раньше, что P (x) = | y (x)|² = y * (x) y(х), значит, среднее х можно записать в виде

Наше уравнение для < x >_ср имеет тот же вид, что (18.18). Когда мы считали среднюю энергию, мы ставили между двумя y оператор , а когда считаем среднее положение, ставим про­сто х. (Если угодно, можете рассматривать х как алгебраиче­ский оператор «умножь на х».)Эту параллель можно провести еще дальше, выразив среднее местоположение в форме, которая соответствует уравнению (18.18). Предположим, что мы просто написали

где

и смотрим, не удастся ли найти такой оператор х, чтобы он создавал состояние |a>, при котором уравнение (18.34) не противоречит уравнению (18.33). Иначе говоря, мы должны найти такое |a>, чтобы было

Разложим сперва <y|a> по x -представлению:

Сравним затем интегралы в (18.36) и (18.37). Вы видите, что в х-представлении (и только в этом представлении)

Воздействие на |y> оператора х^ для получения |a> равнознач­но умножению y (x)=< x |y> на х для получения a (х)=< x |a>. Перед нами определение оператора х^ в координатном представ­лении.

(Мы не задавались целью получить x -представление матрицы оператора х^. Если вы честолюбивы, попытайтесь показать, что

Тогда вы сможете доказать поразительную формулу

т. е. что оператор х^ обладает интересным свойством: когда он действует на базисное состояние | x >, то это равнозначно умножению на х.)

А может, вы хотите знать среднее значение x ²? Оно равно

Или, если желаете, можно написать и так:

где

Под x ^² подразумевается х^х^ — два оператора применяются друг за другом. С помощью (18.42) можно подсчитать < x ²>_ср, пользуясь каким угодно представлением (базисными состоя­ниями). Если вам нужно знать среднее значение хⁿ или любого многочлена по х, то вы легко это теперь проделаете.

Дата добавления: 2015-06-04