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Operatore di momento quantistico

1926
  • Erwin Schrödinger
  • Werner Heisenberg
  • Paul Dirac
Laboratorio di meccanica quantistica con fisico che analizza gli operatori di quantità di moto.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Nel quantum mechanics, 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 costante di Planck and [latex]\nabla[/latex] is the gradient operator. The conservazione della quantità di moto corrisponde al fatto che il hamiltoniano L'operatore commuta con l'operatore di momento, [latex][\hat{H}, \hat{\vec{p}}] = 0[/latex], per un sistema con simmetria traslazionale.

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'evoluzione temporale del valore atteso di un operatore è governata dal teorema di Ehrenfest. Per la quantità di moto, esso mostra che il valore atteso della quantità di moto cambia in base al valore atteso della forza, rispecchiando la seconda legge di Newton. Una quantità si conserva se il suo operatore commuta con l'hamiltoniano [latex]hat{H}[/latex], l'operatore per l'energia totale. Se l'energia potenziale di un sistema è indipendente dalla posizione (cioè, il sistema ha simmetria traslazionale), allora [latex][hat{H}, hat{vec{p}}] = 0[/latex] e il valore atteso della quantità di moto si conserva. Questo ristabilisce la connessione tra simmetria traslazionale e conservazione della quantità di moto, come visto tramite il teorema di Noether, nell'ambito della meccanica quantistica.

UNESCO Nomenclature: 2212
– Fisica quantistica

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • L'ipotesi della dualità onda-particella di Louis de Broglie
  • L'ipotesi quantistica di Planck
  • Meccanica hamiltoniana classica
  • Il teorema di Noether sulla simmetria e la conservazione

Applicazioni

  • calcolo quantistico
  • microscopia a scansione a effetto tunnel
  • fisica dei semiconduttori
  • fisica delle particelle (diagrammi di Feynman)
  • chimica quantistica (orbitali molecolari)

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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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.

Contesto storico

Operatore di momento quantistico

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1926
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1927
1930
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(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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