ДИПЛОМНІ КУРСОВІ РЕФЕРАТИ


ИЦ OSVITA-PLAZA

Реферати статті публікації

Пошук по сайту

 

Пошук по сайту

Головна » Реферати та статті » Фізика » Теоретична фізика у 10 томах

Собственные значения момента
Для определения собственных значений проекции момента
импульса частицы на некоторое направление удобно воспользо-
ваться выражением для ее оператора в сферических координа-
тах, выбрав полярную ось вдоль рассматриваемого направления.
Согласно формуле B6.14) уравнение lzip = lzi/; запишем в виде
-i§J=W. B7.1)
§ 27 СОБСТВЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ МОМЕНТА 117
Его решение есть
где /(г, #)—произвольная функция от г и в. Для того чтобы
функция ф была однозначной, необходимо, чтобы она была пе-
риодична по ср с периодом 2тг. Отсюда находим1)
lz = m, га = 0,±1,±2,... B7.2)
Таким образом, собственные значения lz равны положи-
тельным и отрицательным целым числам, включая значение
нуль. Зависящий от ср множитель, характерный для собствен-
ных функций оператора lz, обозначим через
^ B7-3)
Эти функции нормированы так, что
2тг
B7.4)

Собственные значения ^-компоненты полного момента систе-
мы, очевидно, тоже равны положительным и отрицательным це-
лым числам: Т ^ Т ^ Т ^ ,, ,^ /^ ^ч
LZ = M, M = 0,±1,±2,... B7.5)
(это следует из того, что оператор Lz есть сумма коммутативных
друг с другом операторов lz для отдельных частиц).
Поскольку направление оси z заранее ничем не выделено, то
ясно, что тот же результат получится для 1/ж, Ly, и вообще для
составляющей момента по любому направлению, — все они мо-
гут принимать лишь целые значения. Этот результат может
показаться, на первый взгляд, парадоксальным, особенно, ес-
ли применить его к двум бесконечно близким направлениям. В
действительности, однако, надо иметь в виду, что единственная
общая собственная функция операторов Ьж, Ly, Lz соответствует
одновременным значениям
Lx = Ly = Lz = 0;
в этом случае вектор момента импульса, а поэтому и его про-
екция на любое направление равны нулю. Если же хотя бы одно
1) Общепринятое обозначение собственных значений проекции момента
буквой т—той же, которой обозначается и масса частицы,— фактически
не может привести к недоразумениям.
118 МОМЕНТ ИМПУЛЬСА ГЛ. IV
из собственных значений Lx, Ly, Lz отлично от нуля, то об-
щих собственных функций у соответствующих операторов нет.
Другими словами, не существует такого состояния, в котором
две или три составляющие момента по различным направлени-
ям имели бы одновременно определенные (отличные от нуля)
значения, так что мы можем говорить лишь о целочисленности
одной из них.
Стационарные состояния системы, отличающиеся только
значением М, обладают одинаковой энергией— это следует
уже из общих соображений, связанных с тем, что направление
оси z заранее ничем не выделено. Таким образом, энергети-
ческие уровни системы с сохраняющимся (отличным от нуля)
моментом во всяком случае вырожденыг).
Перейдем теперь к отысканию собственных значений квад-
рата момента и покажем, каким образом можно найти эти зна-
чения, исходя из одних только правил коммутации B6.8). Обо-
значим через фм волновые функции стационарных состояний с
одинаковым значением квадрата L2, относящихся к одному вы-
рожденному уровню энергии и отличающихся значением М2).
Прежде всего замечаем, что поскольку оба направления оси z
физически эквивалентны, то для каждого возможного положи-
тельного значения М = \М\ существует такое же отрицатель-
ное М = — \М\. Обозначим через L (целое положительное чис-
ло или нуль) наибольшее возможное (при заданном L2) значе-
ние \М\. Самый факт существования такого верхнего предела
следует из того, что разность L2 — L2 = L2X + Ly есть опера-
тор существенно положительной физической величины L^ + L2
) Это обстоятельство является частным случаем указанной в § 10 общей
теоремы о вырождении уровней при наличии по крайней мере двух сохра-
няющихся величин с некомму тирующими операторами. Здесь такими вели-
чинами являются компоненты момента.
2) Здесь подразумевается, что нет никакого дополнительного вырождения,
приводящего к одинаковости значений энергии при различных значениях
квадрата момента. Это справедливо для дискретного спектра (за исключе-
нием случая так называемого «случайного вырождения» в кулоновом по-
ле, см. § 36) и, вообще говоря, несправедливо для энергетических уровней
непрерывного спектра. Однако и при наличии дополнительного вырожде-
ния всегда можно выбрать собственные функции так, чтобы они соответ-
ствовали состояниям с определенными значениями L2 и из них затем вы-
брать состояния с одинаковыми значениями Е и L . Математически это
выражается в том, что матрицы коммутативных операторов всегда мож-
но привести одновременно к диагональному виду. В дальнейшем мы будем
в аналогичных случаях для краткости говорить так, как если бы никакого
дополнительного вырождения не было, имея в виду, что получаемые резуль-
таты в действительности, согласно сказанному, от этого предположения не
зависят.
§ 27 СОБСТВЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ МОМЕНТА 119
и потому его собственные значения не могут быть отрицатель-
ными. ^ ^
Применив оператор LZL± к собственной функции фм опе-
ратора Lz и воспользовавшись правилами коммутации B6.12),
получим ^ ^ ^
ЬЬфм = (М ± 1)адм. B7.6)
Отсюда видно, что функция Ь±фм есть (с точностью до норми-
ровочной постоянной) собственная функция, соответствующая
значению М ± 1 величины Lz
Фм+i — const -Ь+фм-) Фм-\ — const -L-фм- B7.7)
Если в первом из этих равенств положить М = L, то должно
быть тождественно ~+^ = ^ B? g)
поскольку состояний с М > L, по определению, нет. Приме-
няя к этому равенству оператор L_ и воспользовавшись равен-
ством B6.13), получим
Ь-Ь+фь = (L2 - 1\ - Ьх)фь = 0.
Но поскольку фм — общие собственные функции операторов L2
и LZl то
так что полученное уравнение дает
L2 = L(L + 1). B7.9)
Формулой B7.9) определяются искомые собственные значе-
ния квадрата момента; число L пробегает все целые положи-
тельные значения, включая значение нуль. При заданном значе-
нии числа L компонента Lz = М момента может иметь значения
M = L,L-1,...,-L, B7.10)
т. е. всего 2L + 1 различных значений. Уровень энергии, соот-
ветствующий моменту L, таким образом, BL + 1)-кратно вы-
рожден; об этом вырождении обычно говорят как о вырождении
по направлениям момента. Состояние с равным нулю моментом,
L = 0 (при этом все его три компоненты равны нулю), не вырож-
дено. Отметим, что волновая функция такого состояния сфери-
чески-симметрична; это ясно уже из того, что ее изменение при
любом бесконечно малом повороте, даваемое выражением Ъф об-
ращается в данном случае в нуль.
120 МОМЕНТ ИМПУЛЬСА ГЛ. IV
Мы будем часто говорить для краткости, как это принято,
о «моменте L» системы, подразумевая при этом момент с квад-
ратом, равным L{L + 1); о ^-компоненте же момента говорят
обычно просто как о «проекции момента».
Момент одной частицы будем обозначать малой буквой /,
т. е. будем писать для нее формулу B7.9) в виде
12 = /(/ + 1). B7.11)
Вычислим матричные элементы величин Lx и Ly в представ-
лении, в котором, наряду с энергией, диагональны L2 и Lz
(М. Born, W. Heisenberg, P. Jordan, 1926). Заметим, что посколь-
ку операторы Ьж, Ly коммутативны с гамильтонианом, то их
матрицы диагональны по отношению к энергии, т. е. все ма-
тричные элементы для переходов между состояниями с различ-
ной энергией (и различными моментами L) равны нулю. Таким
образом, достаточно рассмотреть матричные элементы для пе-
реходов внутри группы состояний с различными значениями М,
соответствующих одному вырожденному уровню энергии.
Из формул B7.7) видно, что в матрице оператора L+ от-
личны от нуля только элементы, соответствующие переходам
М — 1 —>> М, а в матрице оператора L- — элементы cM-fM-1.
Учитывая это, находим диагональные матричные элементы в
обеих частях равенства B6.13) и получаем1)
L(L + 1) = (M\L+\M - 1)(М - 1|L_|M) + М2 -М.
Замечая, что в силу эрмитовости операторов LXl Ly
(М - 1|L_|M) = (M\L+\M - 1)*,
переписываем это равенство в виде
|(M|L+|M - 1)|2 = L(L + 1) - М(М - 1) = (L - М + 1)(L + М),
откуда2)
(M|L+|M- 1) = (М- 1|L_|M) = y/(L + M)(L-M + l). B7.12)
Для отличных от нуля матричных элементов самих Lx и Ly от-
сюда имеем
B7.13)
1) В обозначениях матричных элементов мы опускаем для краткости все
индексы, по которым они диагональны (в том числе индекс L).
2) Выбор знака в этой формуле согласован с выбором фазовых множителей
в собственных функциях момента.
§ 28 СОБСТВЕННЫЕ ФУНКЦИИ МОМЕНТА 121
Обратим внимание на отсутствие диагональных элементов в
матрицах величин Lx, Ly. Поскольку диагональный матричный
элемент дает среднее значение величины в соответствующем со-
стоянии, то это значит, что в состояниях с определенными зна-
чениями Lz средние значения Lx = Ly = 0. Таким образом, если
имеет определенное значение проекция момента на какое-либо
направление в пространстве, то в этом же направлении лежит и
весь вектор L.

Ви переглядаєте статтю (реферат): «Собственные значения момента» з дисципліни «Теоретична фізика у 10 томах»

Заказать диплом курсовую реферат
Реферати та публікації на інші теми: Підключення та основні сервіси Internet
СПОСОБИ РЕАЛІЗАЦІЇ ІНВЕСТИЦІЙНИХ ПРОЕКТІВ
Історизми, архаїзми, неологізми і фразеологізми
Теорія оптимізації портфеля інвестицій
Особливості фінансових інвестицій


Категорія: Теоретична фізика у 10 томах | Додав: koljan (26.11.2013)
Переглядів: 508 | Рейтинг: 0.0/0
Всього коментарів: 0
Додавати коментарі можуть лише зареєстровані користувачі.
[ Реєстрація | Вхід ]

Онлайн замовлення

Заказать диплом курсовую реферат

Інші проекти




Діяльність здійснюється на основі свідоцтва про держреєстрацію ФОП