Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Квантовая механика / Учебное пособие.pdf
Скачиваний:
311
Добавлен:
21.06.2019
Размер:
2.06 Mб
Скачать

Разумеется, можно построить сколько угодно равноценных или эквивалентных представлений δ – функции ϕ(x,α). Выбор конкретного представления определяется соображениями удобства.

Далее мы построим ещё одно полезное представление δ – функции.

3.3.3. Собственная функция оператора координаты и свойство оператора координаты в одномерном случае

Сказанное в п/п. 3.3.1 и свойства δ – функции, описанные в п/п. 3.3.2, наводят на мысль, что собственная функция оператора координаты ψξ (t, x) просто выражается через δ – функцию:

ψξ (t, x) = eiα(t)δ(x ξ),

(3.3.7)

где α(t) — некоторая действительная функция времени.

Запишем выражение для скалярного произведения двух собственных функций координаты, которые принадлежат разным собственным значениям (см. ниже п/п. 4.1.2):

<ξ | ξ′ >= ψξ* (t, x)ψξ(t, x)dx =

 

−∞

 

 

 

 

 

 

 

=

ξ).

(3.3.8)

δ(x ξ)δ(x ξ )dx =δ(ξ

 

−∞

193

[Интеграл от произведения δ – функций в области непрерывности одной из низ вычисляется по соотношению (3.3.3)].

При ξ ξвыражение (3.3.8) равно нулю, и, следовательно,

рассматриваемые функции взаимно ортогональны:

<ξ | ξ′ >= 0; ξ ξ.

(3.3.9)

Вместе с тем, как следует из (3.3.8), норма собственной функции оператора координаты

∞ ∞

<ξ | ξ >= ψξ* (t, x)ψξ (t, x)dx = |ψξ (t, x) |2 dx

−∞ −∞

не определена, что имеет место для собственных функций любых операторов с непрерывным спектом собственных значений.

Действие оператора координаты xˆ на любую функцию ψ(t,x) определяется равенством

x ψ(t,x) = xψ(t,x).

(3.3.10)

ˆ

 

На первый взгляд может показаться, что соотношение (3.3.10) — это уравнение на собственные функции и собственные значения оператора xˆ , записанное в соответствии с определением (3.1.3) (п/п. 3.1.2). Однако в действительности x в правой части (3.3.10) — это вовсе не собственное значение микрочастицы, указывающее её

194

положение в пространстве, а аргумент функции ψ(t,x), так что xψ(t,x) — новая функция, полученная в результате воздействия рассматриваемого оператора на исходную функцию.

Соотношение (3.3.1) естественным образом следует из свойства оператора координаты (3.3.10). В самом деле: подставим функцию ψξ (t, x) в уравнение (3.3.10). Поскольку функция ψξ (t, x) отлична от нуля только при x = ξ, в правой части уравнения (3.3.10), не нарушая равенства, можно заменить переменную x значением параметра ξ, и тогда оно станет тождественным соотношению

(3.3.1).

Доказать свойство (3.3.10) из приведенных выше соотношений

врамках используемого в данном пособии подхода Э Шрёдингера,

воснове которого — волновая функция ψ(t,x), невозможно. Это удаётся естественным образом сделать только на основе матричного подхода В. Гайзенберга и подхода П.А.М. Дирака, использующего для описания микросистем абстрактные векторы состояния.

3.3.4.Операторы координат микрочастицы и их общая собственная функция

Каждую декартову координату x, y, z в квантовой механике представляет соответствующий оператор xˆ , yˆ , zˆ . Сокращая обозначения, будем писать, что координаты xα представляют операторы xˆα (α = x, y, z или 1, 2, 3).

195

Аналогично (3.3.10), оператор координаты xˆα следующим образом воздействует на волновую функцию ψ(t,x,y,z):

x

ψ(t,x,y,z) =x ψ(t,x,y,z); α = 1, 2, 3.

(3.3.11)

ˆα

α

 

Например,

yˆ ψ(t,x,y,z) = yψ(t,x,y,z).

Общая собственная функция всех трёх операторов координат ψξ,η,ζ (t, x, y, z) описывает такое состояние микрочастицы, когда в момент времени t она находится в определённой точке пространства с координатами x = ξ(t), y = η(t), z = ζ(t). При этом, аналогично (3.3.1),

x

ψ

ξ,η,ζ

(t, x, y, z)=x ψ

ξ,η,ζ

(t, x, y, z); α = 1, 2, 3.

(3.3.12)

ˆα

 

α

 

 

Функция ψξ,η,ζ (t, x, y, z) отлична от нуля только в точке x = ξ,

y = η, z = ζ и равна нулю при любых остальных значениях пространственных аргументов. Аналогично (3.3.7)

ψξ,η,ζ (t, x, y, z)=eiα(t) δ(xξ)δ(y–η)δ(z–ζ). (3.3.13)

196

Соседние файлы в папке Квантовая механика