Механика | Электростатика | Оптика | Колебания | Электромаг. поле | Физика | Материаловедение | Дифракция | Поляризация | Главную
Интерференция | Радиоактивность | Волны | Термодинамика | Электростатика | Ядерная физика | Строение атома | Математика

Момент импульса (собственные векторы, собственные значения)

Мы разобрались с оператором координаты, с оператором импульса, с оператором энергии, есть ещё одна переменная – момент импульса. Вот разберёмся с моментом импульса.

Надеюсь, кто-нибудь из вас помнит ещё что это такое, а если не помнит, то я напишу: . Если частица в плоскости движется по окружности, то момент импульса это вектор  перпендикулярный плоскости орбиты частицы. Оператор момента импульса это будет произведение оператора координаты и оператора импульса: . Ещё можно ввести оператор . Мы имеем три проекции момента на координатные оси и оператор , который даёт полную величину момента. Непосредственным вычислением можно убедиться, что операторы  между собой не коммутируют, например , это математический факт, физически этому соответствует важное обстоятельство – проекции момента на координатные оси не могут быть заданы одновременно. Но легко убедиться, что  коммутирует с , а поскольку x ничем не лучше y, z, то это будет означать, что  коммутирует ,  коммутирует ,  коммутирует с , сами компоненты между собой не коммутируют, но каждая компонента коммутирует с абсолютным значением момента импульса. Это означает, что можно задать величину момента и проекцию его на одну из координатных осей, но только на одну. Обычно в качестве такой проекции выбирают ось z.

Мы можем задать длину вектора  и задать его проекцию на ось z, но проекции на оси x, y мы задать не можем, тогда мы имеем такую картину, что вектор  где-то лежит на конической поверхности, какое он там занимает место не определено, но проекция его на ось z вполне определённая.

 

Исходя только из коммутационных соотношений, можно найти собственные значения операторов  и .1) Собственные векторы и собственные значения будем нумеровать двумя числами – два числа j и m определяют вектор , и такой вектор является собственным вектором   и  (это возможно, потому что эти операторы коммутируют и у них общие собственные векторы).

 

При этом , а .

Ситуация такая: задаёте j из набора , теперь можете задать число из набора , тогда пара чисел (j, m) определяет вектор в абстрактном пространстве, который мы обозначаем , и этот вектор является собственным вектором оператора  вот с такими собственными значениями: , и оператора  с собственными значениями .

 

Мораль такая: квадрат момента квантуется и может принимать лишь значения , проекция момента на ось z может принимать значения кратные : .

 

Оказалось, что если j принимает целые значения , то это соответствует орбитальному моменту, т.е. когда частица движется в пространстве так, что.

Формула Планка. Теоретическая зависимость спектральной плотности излучения черного тела от частоты, совпадающая с экспериментальными данными, получена Максом Планком на основе чуждого классической физике предположения, что атомы излучают энергию только определенными порциями - квантами, причем энергия кванта пропорциональна частоте излучения.
Лекции. Сборник задач с решениями по физике, математике