角動量算符

角動量算符

角動量算符(angular momentum operator)是一種算符,類比於經典的角動量。

梗概

量子力學里,動量算符(angular momentum operator)是一種算符,類比於經典的角動量。在原子物理學涉及鏇轉對稱性(rotational symmetry)的理論里,角動量算符占有中心的角色。角動量,動量,與能量是物體運動的三個基本特性

簡介

角動量促使在鏇轉方面的運動得以數量化。在孤立系統里,如同能量和動量,角動量是守恆的。在量子力學裡,角動量算符的概念是必要的,因為角動量的計算實現於描述量子系統的波函式,而不是經典地實現於一點或一剛體。在量子尺寸世界,分析的對象都是以波函式或量子幅來描述其機率性行為,而不是命定性(deterministic)行為。

數學定義

其中,
梯度算符。

角動量是厄米算符

在量子力學裡,每一個可觀察量所對應的算符都是厄米算符。角動量是一個可觀察量,所以,角動量算符應該也是厄米算符。讓我們現在證明這一點,思考角動量算符的 x-分量

對易關係

角動量算符算符與自己的對易關係
角動量平方算符與角動量算符之間的對易關係
哈密頓算符與角動量算符之間的對易關係
在經典力學裡的對易關係

在經典力學裡,角動量算符也遵守類似的對易關係:

本徵值與本徵函式

採用球坐標。展開角動量算符的方程:

角動量平方算符是

參閱

氫原子
球對稱位勢
拉普拉斯-龍格-楞次矢量

參考文獻

^ Introductory Quantum Mechanics, Richard L. Liboff, 2nd Edition,

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