Kérdés:
Hogyan jöttek létre a kvantummechanika operátorai?
Immortal Player
2015-09-23 07:44:46 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Most kezdem el megtanulni a kvantummechanikát. Az osztályban operátorokról, posztulátumokról és minden más alapvető dologról tanítanak.

Értem, hogy az operátorok +, -, / stb. de a kvantummechanikai operátorok teljesen mások; Megértésükhez azt hiszem, ismernem kell a fizikai operátorok történelmi fejlődését. Tehát szeretném tudni, hogyan fedezték fel / találták ki ezeket az operátorokat; a témában szereplő történelmi személyek egy része az eredeti szerzők néhány első tankönyvével együtt is segítene (a modern szövegek is rendben vannak).

Milyen szinten tanulja a QM-et?
2. évfolyamon vagyok a B.Sc. Mindig követem a bármi tanulás Lagrange-szintjét (kivonva a Lagrange-féle Mechanique Analyytique előszavából): ".. lagrange minden egyes részt megelőzött egy történelmi áttekintéssel a téma fejlődéséről. Tanulmányát nemcsak a prioritás szempontjai, hanem a Valódi érdeklődés az ötletek keletkezése iránt: Azt javasolta, hogy az elfelejtett módszerek megvitatása kevés értéknek tűnhet, lehetővé teszik az elemzés előrehaladásának lépésről lépésre történő nyomon követését, és megnézhetik, hogy a bonyolult és közvetett eljárások miként születnek egyszerű és általános módszerek . "
Ugyanazt a kérdést tettem fel a fizika fórumain, hogy a küldetés gyorsabban haladjon. Az érdeklődők itt találják meg: https://www.physicsforums.com/threads/how-did-physics-operators-come-into-being.833977/
Feynman vagy, ezt nem kell tudnod, sőt használnod sem kell.
@Ooker: Igen, én is felidézem az utak integráljainak útját!
Kettő válaszokat:
Alexandre Eremenko
2015-09-23 09:16:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jó kérdés, hogyan lehetne kitalálni egy ilyen furcsa elméletet :-)

Jelen elméletét Dirac (fizikus) és von Neumann (matematikus) dolgozta ki. von Neumann lényegében kidolgozta a szükséges matematikai operátorelméletet. Mindketten könyveket írtak a kvantummechanikáról, amelyek megmagyarázzák az operátorok motivációját. (Előfordulhat, hogy a hátterétől függően egyik vagy másik könyvet előnyben részesíti: akár fizikus, akár matematikus vagy.) De ők adták az elmélet végső formáját, és a történelem valóban bonyolult. Néhány történelem megértéséhez ajánlom van der Waerdent, a Források a kvantummechanika történetében , amely eredeti cikkek gyűjteménye, angol nyelvre lefordítva, kommentárjaival. A történelem mélyebb megismeréséhez először is németül kell megtanulnia.

(Vannak, akik ismerik von Neumannt, azt mondják, hogy idegen, földönkívüli ember: az emberi elme nem tudott ilyeneket kitalálni.)

SZERKESZTÉS. Mint mondtam, a kvantummechanika felfedezése nagyon hosszú történet, és ez kollektív erőfeszítés eredménye. Legalábbis abból indul ki, hogy Balmer felfedezte a hidrogén spektrumvonalaira vonatkozó empirikus képletet, amely az egész folyamatot beindította. (De valójában a történet Newtonra vezethető vissza.) Ezután meg kell említeni Rydberget és Ritz-t, valamint Planckot és Einsteint. Mérföldkő volt Bohr elmélete, amelyet néha "régi kvantummechanikának" hívnak. Számos jelenséget helyesen ír le, de vannak még nincs operátor. Aztán Heisenberg, Schrödinger, Born, Jordan és Dirac "kvantumugrást" tettek, és többé-kevésbé modern formát adtak neki. Az operátorokat Dirac mutatta be, de szigorú matematikai indoklás nélkül. Ezután von Neumann kidolgozta a szükséges szigorú matematikai elméletet. A korai szakaszban (amely történelem előtti, azaz Bohr előtti nevezhető) kiváló kiállítás található Shlomo Sternberg könyvében, Csoportelmélet és fizika, F függelék „A 19. századi spektroszkópia története” . Ez a fejlesztést a Newton-tól a Bohr-ig terjed. A Bohr és Heisenberg közötti időszakban nem ismerek hasonló minőségű és egyértelműségű ismertetést. Sommerfeld Atombau und Spektrallinien könyve közel áll hozzá, de a történelem helyett inkább az elmélet jelenlegi állapotának magyarázata érdekelte.

Conifold
2015-09-23 23:54:35 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Heisenberg 1925-ben megjelent lapja fordult az operátorok felé, és ez kompromisszum volt Bohr és Born álláspontja között. Bohr minimális módosításokat szeretett volna a klasszikus mechanikában, mint például a hidrogénatomra vonatkozó kvantálási szabályait, míg Born egy új diszkrét mechanikát, amelyet különbségegyenletek irányítanak. Heisenberg ötlete az volt, hogy a mozgásegyenleteket többé-kevésbé klasszikusan megtartsa, de a szimbólumokat újraértelmezze bennük. Ezek a szimbólumok megfigyelhetőséget (helyzet, lendület, energia stb.) Képviselnek, Hamilton-dinamikában pedig a fázisteret alkotó $ x $ és momenta $ p $ függvények. Ezt az elképzelést alkalmazva Heisenberg rájött, hogy szimbólumai nem ingáznak, például $ xp-px = i \ hbar $ a Planck konstans $ \ hbar $ értékkel, így ezek nem lehetnek számok. Matematikus barátja rámutatott, hogy a mátrixok nem ingáznak, és kielégíthetik az ilyen kapcsolatokat, és ez adta Heisenberg javaslatának a nevét, a mátrixmechanikát. Kivéve, hogy mivel egy atom elektronjainak végtelen sok energiaszintje van, ezeknek a "mátrixoknak" végtelen méretűeknek kellett lenniük.

Ugyanebben az időben, amikor Schrodinger más szemszögből dolgozott, a kvantumhatásokat hullámdinamikussá kívánta csökkenteni. Tehát a fázistérben a $ \ psi $ hullámfüggvényekkel ábrázolta a kvantumrendszerek állapotát, és mozgásegyenleteket keresett. Az volt az elképzelése, hogy a kvantumrészecskék hullámcsomagok, és eredetileg a $ | \ psi | ^ 2 $ -ra gondolt töltéssűrűségként, csak később Born valószínűségi sűrűséggel azonosította. Miután kijött a mátrixmechanika, Schrodinger rájött, hogy megfigyelhető tárgyakat kell bevezetnie a képébe, de ezek nem lehetnek puszta szimbólumok. Mivel az állapotok a fázistér hullámfüggvényei, nem pedig annak pontjai, a megfigyelhetőek nem lehetnek ezek függvényei, olyan hullámfüggvényekre kell hatniuk, mint a mátrixok a vektorokra. Néhány kísérlet után, 1926-ban, előállt egy pozíció szorzatával egy szorzó operátorral $ \ psi \ mapsto x \ psi $, és a lendületet differenciálással $ \ psi \ mapsto-i \ hbar \ frac {\ részleges \ psi} {\ részleges x } $. A nagy nyom az volt, hogy ha $ x, p $ -ra gondolunk, mint ezek az operátorok, akkor $ (xp-px) \ psi = i \ hbar \, \ psi $. Akkor ezekből más megfigyelhetőt is kialakíthatunk. A klasszikus kinetikus energia $ p ^ 2 / 2m $, a $ p $ helyett annak operátora kapjuk meg a $ - \ frac {\ hbar ^ 2} {2m} \ frac {\ részleges ^ 2} {\ részleges x ^ 2} $ értéket. a Schrodinger-egyenletből. A klasszikus oszcillátor teljes energiája $ p ^ 2 / 2m + kx ^ 2/2 $, a helyettesítésével megkapjuk a kvantumoszcillátor Hamilton-értékét - } {\ részleges x ^ 2} + \ frac {kx ^ 2} 2 $. És így tovább.

1930-ban Dirac ezt a képet konceptualizálta a A kvantummechanika alapelvei (1930) című tankönyvében, ahol többek között bevezette a bra-ket jelölést. Ezután von Neumann axiomatikus megfogalmazást adott az absztrakt Hilbert-tér fogalmán alapulva, amelyet bevezetett, és megállapította, hogy a mátrix- és hullámmechanika ugyanazon dologról beszél két különböző módon. Schrodinger képén az állapotok egy Hilbert-tér elemeivé váltak, nevezetesen a pozíciótéren lévő négyzet alakú integrálható (hullám) függvények $ L ^ 2 $ térje. A megfigyelhetõk önálló operátorok lettek rajta. Ortonormális alap választása esetén ebben a térben azonban az állapotok (végtelen) vektorokká válnak, az operátorok pedig (végtelen) mátrixokká. Ez Heisenberg képe.

Van egy releváns szál a Physics SE-n. Hogyan jöttek létre az operátorok? Landsman szép rövid áttekintést ad a Between Classical történeti fejleményeiről. és a Quantum. Átfogóbb hivatkozások: Kragh Quantum Generations és Jammer klasszikus Kvantummechanikai Fogalmi Fejlesztése.



Ezt a kérdést és választ automatikusan lefordították angol nyelvről.Az eredeti tartalom elérhető a stackexchange oldalon, amelyet köszönünk az cc by-sa 3.0 licencért, amely alatt terjesztik.
Loading...