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角动量算符

角动量算符(angular momentum 经营者)是一种算符,类比于经典的角动量。在量子力学里,在原子物理学涉及旋转对称性(rotational symmetry)的理论里,角动量算符占有中心的角色。角动量,动量,与能量是物体运动的三个基本特性。

简介

角动量促使在旋转方面的运动得以数量化。在孤立系统里,如同能量和动量,角动量是守恒的。在量子力学里,角动量算符的概念是必要的,因为角动量的计算实现于描述量子系统的波函数,而不是经典地实现于一点或一刚体。在量子尺寸世界,分析的对象都是以波函数或量子幅来描述其概率性行为,而不是命定性(deterministic)行为。

数学定义

其中,是梯度算符

角动量是厄米算符

量子力学里,每一个可观察量所对应的算符都是厄米算符。角动量是一个可观察量,所以,角动量算符应该也是厄米算符。让我们现在证明这一点,思考角动量算符的 x-分量

对易关系

角动量算符算符与自己的对易关系

角动量平方算符与角动量算符之间的对易关系

哈密顿算符与角动量算符之间的对易关系

经典力学里的对易关系

在经典力学里,角动量算符也遵守类似的对易关系:

本征值与本征函数

采用球坐标。展开角动量算符的方程

角动量平方算符

参考资料