§7.1. Конфигурационное пространство, функции и операторы
Глава 7. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ
Концептуальные Предположения 1–5, сделанные в предыдущей главе, будут теперь
естественным образом обобщены и приняты в качестве постулатов квантовой механики.
Для этого необходимо предварительно определить понятие оператора физической вели-
чины и изучить основные свойства операторов.
§7.1. Конфигурационное пространство, функции и операторы
Рассмотрим систему, состоящую из N материальных точек (частиц), положение ко-
торых в пространстве определяется радиус-векторами r
i
, i = 1, ..., N. Введем 3N-мерное
пространство и в нем декартову систему координат, по осям которой откладываются де-
картовы координаты векторов r
i
= (x
i
, y
i
, z
i
), i = 1, ..., N. Это пространство называют
конфигурационным пространством системы. Через dτ обозначим элемент объема конфи-
гурационного пространства
dτ ≡
N
Y
i=1
dx
i
dy
i
dz
i
.
Рассмотрим, далее, на конфигурационном пространстве множество однозначных ограни-
ченных непрерывных комплексных функций Ψ(r
1
, ..., r
N
). Ограниченность означает, что
для каждой функции Ψ(r
1
, ..., r
N
) можно найти такое число A
Ψ
, что |Ψ(r
1
, ..., r
N
)|
2
< A
Ψ
для всех r
i
, i = 1, ..., N. Кроме того, везде за исключением лишь §8.3 и §8.6, мы будем счи-
тать, что все рассматриваемые функции имеют частные производные любого порядка по
каждому из своих аргументов. Множество всех таких функций обозначим через M. Для
любых двух функций Ψ
1
(r
1
, ..., r
N
) и Ψ
2
(r
1
, ..., r
N
) из M любая их линейная комбинация
c
1
Ψ
1
(r
1
, ..., r
N
) + c
2
Ψ
2
(r
1
, ..., r
N
) с произвольными комплексными коэффициентами c
1
, c
2
также является однозначной ограниченной функцией и имеет производные любого поряд-
ка, и потому принадлежит M. Таким образом, M является векторным пространством,
а его элементы, т.е. функции Ψ(r
1
, ..., r
N
), – векторами в этом пространстве. Аргумен-
ты r
1
, ..., r
N
в обозначении вектора обычно будут опускаться. Совокупность n векторов
Ψ
k
, k = 1, ..., n называется линейно-зависимой, если существует такой набор n комплекс-
ных чисел c
k
, k = 1, ..., n, не все из которых равны нулю, что для всех r
1
, ..., r
N
справедливо
равенство
n
X
k=1
c
k
Ψ
k
= 0 .
Если это равенство выполняется лишь в случае, когда все c
k
= 0, то говорят, что векторы
Ψ
k
, k = 1, ..., n являются линейно-независимыми.
Говорят, что на M определен оператор
ˆ
f, если задано правило, по которому любой
функции Ψ(r
1
, ..., r
N
) ∈ M сопоставляется некоторая другая функция (
ˆ
fΨ)(r
1
, ..., r
N
) ∈
M. Символ
ˆ
fΨ заключен здесь в скобки с целью подчеркнуть, что аргументы r
1
, ..., r
N
относятся уже не к вектору Ψ, а к результату действия на него оператора
ˆ
f. Говорят так-
же, что оператор
ˆ
f переводит вектор Ψ в вектор
ˆ
fΨ, или что
ˆ
fΨ есть результат действия
ˆ
f на Ψ. Оператор
ˆ
f называется линейным, если для любых векторов Ψ
1
, Ψ
2
и любых
комплексных постоянных c
1
, c
2
справедливо равенство
ˆ
f (c
1
Ψ
1
+ c
2
Ψ
2
) = c
1
ˆ
fΨ
1
+ c
2
ˆ
fΨ
2
. (7.1)
101