Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера

Э.Шредингер в 1926 г. записал свое квантовое уравнение движения, считая, что с течением времени меняется вектор состояния системы ψ(t), а операторы динамических переменных не зависят от времени: Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru . Эта картина эволюции квантовой системы во времени получила название шредингеровской картины движения.Какому же уравнению удовлетворяет вектор состояния, т.е. каков вид основного уравнения квантовой динамики в шредингеровском представлении[9]?

Для ответа на этот вопрос воспользуемся формулой среднего значения динамической переменной в представлении Гейзенберга:

Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru (14.1)

где

Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru (13.24)

Тогда выражение (14.1) преобразуется к виду:

Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru (14.2)

где унитарный оператор Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru , действуя на вектор состояния, переносит на него временную эволюцию квантовой системы:

Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru (14.3)

Таким образом, в шредингеровском представлении вектор состояния квантовой системы со временем меняется согласно закону:

Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru (14.4)

операторы же остаются неизменными: Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru .

Следовательно, связь между гейзенберговской и шредингеровской картинами развития системы во времени осуществляется унитарным преобразованием, производимым с помощью оператора эволюции S(t) (13.20).

Дифференцируя по времени выражение (14.4), получим квантовомеханическое уравнение движения Шредингера:

Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru (14.5)

В координатном представлении вектор состояния переходит в волновую функцию Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru , а уравнение (14.5) приобретает вид известного волнового уравнения квантовой динамики:

Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru (14.6)

Гамильтониан H, например, для квантовой частицы с массой m0, движущейся в потенциальном поле, имеет вид (6.27):

Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru

Уравнение фон Неймана. Сопоставление способов описания эволюции квантовых систем во времени.

Уравнение фон Неймана для матрицы плотности.

Рассмотрим описание состояния квантовой системы с помощью оператора матрицы плотности Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru . Как меняется с течением времени оператор Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru ?

Для выяснения этого вопроса вновь используем выражение среднего значения некоторой физической величины A, изображающейся линейным эрмитовым оператором Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru в гейзенберговском представлении:

Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru .

Согласно (13.24)

Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru

поэтому

Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru (15.1)

где учтено свойство цикличной инвариантности следа матрицы плотности (8.22).

В выражении (15.1) эволюция во времени перенесена на матрицу плотности Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru :

Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru (15.2)

Дифференцируя (15.2) по времени, получим[10]

Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru

Таким образом, уравнение, описывающее эволюцию матрицы плотности во времени имеет вид:

Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru (15.3)

Это уравнение, полученное фон Нейманом, позволяет определить оператор Шредингеровская картина движения. Волновое уравнение Шредингера - student2.ru для любого момента времени, если он известен при t0=0.

Сопоставление способов описания эволюции

Наши рекомендации