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Opérateur d'impulsion quantique

1926
  • Erwin Schrödinger
  • Werner Heisenberg
  • Paul Dirac
Laboratoire de mécanique quantique avec un physicien analysant les opérateurs de quantité de mouvement.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

En quantique mécanique, momentum is an observable represented by a vector operator. In the position basis, the momentum operator is given by [latex]\hat{\vec{p}} = -i\hbar\nabla[/latex], where [latex]\hbar[/latex] is the reduced constante de Planck and [latex]\nabla[/latex] is the gradient operator. The conservation de la quantité de mouvement corresponds to the fact that the Hamiltonien l'opérateur commute avec l'opérateur d'impulsion, [latex][hat{H}, hat{vec{p}}] = 0[/latex], pour un système avec symétrie de translation.

Quantum mechanics replaces classical observables with Hermitian operators acting on a Hilbert space of states. The momentum of a particle is no longer a simple number but an operator, [latex]\hat{\vec{p}}[/latex]. Its eigenvalues represent the possible outcomes of a momentum measurement. The famous expression [latex]\hat{\vec{p}} = -i\hbar\nabla[/latex] arises from the canonical commutation relation between the position operator [latex]\hat{\vec{x}}[/latex] and the momentum operator, [latex][\hat{x}_j, \hat{p}_k] = i\hbar\delta_{jk}[/latex], which is a fundamental postulate of quantum theory and the mathematical basis for the Heisenberg uncertainty principle.

L'évolution temporelle de la valeur moyenne d'un opérateur est régie par le théorème d'Ehrenfest. Pour l'impulsion, ce théorème montre que la valeur moyenne de l'impulsion varie en fonction de la valeur moyenne de la force, conformément à la deuxième loi de Newton. Une quantité est conservée si son opérateur commute avec l'hamiltonien ẋ, l'opérateur de l'énergie totale. Si l'énergie potentielle d'un système est indépendante de la position (c'est-à-dire si le système possède une symétrie de translation), alors ẋ = 0 et la valeur moyenne de l'impulsion est conservée. Ceci rétablit, dans le cadre quantique, le lien entre symétrie de translation et conservation de l'impulsion, tel qu'il ressort du théorème de Noether.

UNESCO Nomenclature: 2212
Physique quantique

Taper

Système abstrait

Perturbation

Révolutionnaire

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • L'hypothèse de la dualité onde-corpuscule de Louis de Broglie
  • L'hypothèse quantique de Planck
  • Mécanique hamiltonienne classique
  • Théorème de Noether sur la symétrie et la conservation

Applications

  • informatique quantique
  • microscopie à effet tunnel
  • physique des semi-conducteurs
  • physique des particules (diagrammes de Feynman)
  • chimie quantique (orbitales moléculaires)

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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Related to: momentum operator, quantum mechanics, Schrödinger equation, Heisenberg uncertainty principle, commutation relation, Hamiltonian, observable, translational symmetry, Ehrenfest theorem, quantum state.

Contexte historique

Opérateur d'impulsion quantique

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(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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