
1 位置表象
定义位置算子 𝑋, 虽然它不具有本征值与本征向量, 但是在 Rigged Hilbert Space 中, 可以定义广义本征
值与广义本征向量, 即
𝑋
|
𝑥
⟩
= 𝑥
|
𝑥
⟩
它应当是完备的
∫
+∞
−∞
|
𝑥
⟩ ⟨
𝑥
|
d𝑥 = I
那么任意的态
|
𝜓
⟩
可以在位置表象下展开
|
𝜓
⟩
=
∫
+∞
−∞
⟨
𝑥
|
𝜓
⟩ |
𝑥
⟩
d𝑥
展开的系数即为波函数
𝜓(𝑥) =
⟨
𝑥
|
𝜓
⟩
它是正交归一的
∫
+∞
−∞
𝜓
∗
(𝑥)𝜓(𝑥)d𝑥 = 1
基向量
|
𝑥
⟩
在位置表象下的表示为 𝛿 函数
⟨
𝑥
′
|
𝑥
⟩
= 𝛿(𝑥
′
− 𝑥 )
2 动量表象
动量算子是位置平移的生成元, 即
𝑒
𝑖𝑥
′
𝑃
|
𝑥
⟩
=
|
𝑥 + 𝑥
′
⟩
考虑任意的态, 应有
𝑒
𝑖𝑥
′
𝑃
|
𝜓
⟩
=
∫
+∞
−∞
⟨
𝑥
|
𝜓
⟩
𝑒
𝑖𝑥
′
𝑃
|
𝑥
⟩
d𝑥 =
∫
+∞
−∞
⟨
𝑥
|
𝜓
⟩ |
𝑥 + 𝑥
′
⟩
d𝑥
由于积分限是无穷, 自然可以将积分变量平移一下, 令 𝑥 → 𝑥 − 𝑥
′
, 那么
𝑒
𝑖𝑥
′
𝑃
|
𝜓
⟩
=
∫
+∞
−∞
⟨
𝑥 − 𝑥
′
|
𝜓
⟩ |
𝑥
⟩
d𝑥
即得到变换前后波函数的关系
𝜓(𝑥)
𝑒
𝑖 𝑥
′
𝑃
−−−→ 𝜓(𝑥 − 𝑥
′
)
为了得到动量算符在位置表象下的形式, 考虑无穷小变换
𝑒
𝑖 𝜖 𝑃
𝜓(𝑥) = 𝜓 (𝑥 − 𝜖 ) → (1 −𝑖 𝜖 𝑃)𝜓(𝑥) = 𝜓(𝑥 − 𝜖 )
即
𝑃𝜓(𝑥) = −𝑖
𝜓(𝑥) − 𝜓(𝑥 − 𝜖)
𝜖
= −𝑖
d𝜓(𝑥)
d𝑥
也就是说
𝑃 = −𝑖
d
d𝑥
不过考虑到量纲的换算, 应该乘以一个常数 ℏ, 得到