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量子力学中怎么证明归一化常数与时间无关呢?

量子力学中怎么证明归一化常数与时间无关呢?

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量子力学中怎么证明归一化常数与时间无关呢?

归一化常数本质上就是普朗克常数,它被定义为宇宙常数,当然和时间无关。

这就涉及到对“状态”的定义,以及“1”个波函数为什么表示“1”个状态。

或者这样说,为什么波函数一定要归“一”化,这个“一”指的是什么?就是指“1”个状态。

这个状态可以是微观状态,也可以是宏观状态。按照现行定义,状态无论宏观还是微观,都是不区分尺寸大小的,只区分多少。

所以,一个宏观的热平衡状态,玻尔兹曼分布,同样需要归“一”化,也就是归到一个状态。

由于不区分大小,同样的维度上面,每一个状态都一样大,无论宏观还是微观。对于一维来说,一个状态的大小就是普朗克常数h。对于d维,则是h的d次方。

普朗克常数是宇宙常数,这是由刘维尔定理保证的,也就是相空间中的相体积不随时间变化。

相体积是唯一可以定义状态数的物理量,无论经典还是量子。可能很多人不清楚,经典波函数也要在相空间归一化。

所以我们常说自由电子的波函数是平面波。可能有些人不理解,因为初量没学过。初量不讲看似没法归一化的平面波的波函数,只敢讲带势阱的半经典琴弦波,以致于连复数都不需要,就解出来了。

初量=偏微分方程初步。

平面波的归一化,依赖于对状态大小的定义。只要确定对x和p全空间积分为1,不难给出确定的归一化常数。

这里顺便说一下氢原子轨道的状态数问题,初学者常常是糊里糊涂的。

氢原子s轨道,闭壳层,如果站了2个电子,算几个状态?算1个。那么开壳层呢,算几个状态?思考题。

很多人都只知道当年反对自旋是因为所谓相对论效应。其实都没明白泡利的not even wrong到底纠结的点在哪。

碱金属钠黄线在磁场下分叉,这是早已知道的实验事实,一条s轨道一定要劈裂成两条轨道,自旋无非是给这个双态系统一个解释,为什么要那么纠结?

纠结的点就是这个状态数。状态数是要相空间积分的,你凭空多出来一个自旋,怎么就把状态数裂变成两个了,你的相空间在哪?

关键是如果没有磁场,状态数是一,有确定的归一化常数。加磁场归一化常数变了?变“归二化”常数了?

我们现在当然知道,用波函数反对称,自旋单态就是“1”个状态,自旋三态就是“3”个状态,因为间隔正好是hbar。完美解释状态数问题。

然而,泡利在引入他的不相容原理以前,哪会想到这么玄妙的操作。不相容原理本身,也极其费理解,跟其它所有原理都不挨着,无法相互印证。除了强行凑出“1”个状态,不清楚自然选择反对易、选择非阿贝尔的初衷究竟是什么。

我们现在越来越多对泡利矩阵的使用依赖于反对易,比如toric code。谁能想到这一切的出发点只是单纯的状态数归一化问题呢?