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量子动量算符

1926
  • Erwin Schrödinger
  • Werner Heisenberg
  • Paul Dirac
Quantum mechanics laboratory with physicist analyzing momentum operators.

(图片仅供参考)

In 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 Planck constant and [latex]\nabla[/latex] is the gradient operator. The conservation of momentum corresponds to the fact that the Hamiltonian 对于具有平移对称性的系统,算符与动量算符对易,[latex][hat{H}, hat{vec{p}}] = 0[/latex]。

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 海森堡 不确定性原理。

算符期望值的演化遵循埃伦费斯定理。对于动量而言,该定理表明动量期望值随力的期望值变化,这与牛顿第二定律相呼应。如果一个物理量算符与哈密顿量[latex]hat{H}[/latex](总能量算符)对易,则该物理量守恒。如果系统的势能与位置无关(即系统具有平移对称性),则[latex][hat{H}, hat{vec{p}}] = 0[/latex],动量期望值守恒。这在量子力学框架内重新建立了平移对称性和动量守恒之间的联系,正如诺特定理所描述的那样。

UNESCO Nomenclature: 2212
量子物理学

类型

抽象系统

中断

Revolutionary

用法

广泛使用

前体

  • 路易·德布罗意的波粒二象性假设
  • 普朗克的量子假说
  • Classical Hamiltonian 力学
  • 诺特定理关于对称性和守恒性

应用程序

  • 量子计算
  • 扫描隧道显微镜
  • 半导体物理学
  • 粒子物理学 (feynman diagrams)
  • 量子化学(分子轨道)

专利:

NA

潜在创新理念

  • 量子阱激光器的设计
  • 自旋电子器件的开发
  • 玻色-爱因斯坦凝聚态的形成
  • modeling of electron transport in graphene
  • 量子密码系统的设计
  • 模拟化学反应以发现药物
  • 新型超导材料的开发
  • 量子计算机中量子比特的控制
  • analysis of neutron scattering data in materials science
  • 以前所未有的精度制造原子钟
相关领域:动量算符、量子力学 薛定谔 equation, Heisenberg uncertainty principle, commutation relation, Hamiltonian, observable, translational symmetry, Ehrenfest theorem, quantum state.

历史背景

量子动量算符

1924
1925
1926
1926
1927
1927
1930
1924
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(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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