
它们分别为
L
2
= ℏ
2
𝑙(𝑙 + 1), 𝐿
𝑧
= 𝑚
𝑙
ℏ, 𝑚
𝑙
= −𝑙, −𝑙 + 1, ··· , 𝑙 − 1, 𝑙
仅有 𝑙, 𝑚
𝑙
同时确定时, 态才是确定的. 因而唯一确定的所有本征态为
|
𝑙, 𝑚
𝑙
⟩
同样地, 若还有更多的对易算符, 则可以继续表示为
|
𝐾
′
⟩
=
|
𝑎
′
, 𝑏
′
, 𝑐
′
, ···
⟩
它们对应的物理量算符都是对易的
[𝐴, 𝐵] = [𝐴, 𝐶] = [𝐵, 𝐶] = ··· = 0
假设我们找到了最大的对易集合, 那么这个集合的本征矢就是唯一确定的态. 这个集合称为完全集
由于对易算符具有相同的本征矢, 因而若 𝐴, 𝐵 对易, 对 𝐴 的测量并不会对 𝐵 的测量产生影响, 因为无论
何种测量顺序, 总会得到同一个本征态
2.1.2 不对易算符
若两个算符 𝐴, 𝐵 不对易, 则不能找到一系列完备的共同本征矢. 这由反证法证明. 假设 𝐴, 𝐵 有共同的本
征矢
|
𝑎
′
, 𝑏
′
⟩
, 那么显然应该有
𝐴𝐵
|
𝑎
′
, 𝑏
′
⟩
= 𝐴𝑏
′
|
𝑎
′
, 𝑏
′
⟩
= 𝑎
′
𝑏
′
|
𝑎
′
, 𝑏
′
⟩
𝐵𝐴
|
𝑎
′
, 𝑏
′
⟩
= 𝐵𝑎
′
|
𝑎
′
, 𝑏
′
⟩
= 𝑎
′
𝑏
′
|
𝑎
′
, 𝑏
′
⟩
因而
𝐴𝐵
|
𝑎
′
, 𝑏
′
⟩
= 𝐵𝐴
|
𝑎
′
, 𝑏
′
⟩
这也就是说 [𝐴, 𝐵] = 0, 与题设矛盾. 但是对于不对易算符, 仍然可能找到一些共同本征矢, 只是它们不是
完备的. 例如对于原子的 𝑠 态, 它是 𝐿
𝑥
和 𝐿
𝑦
的共同本征态, 并且具有相同的本征值 0, 但是 𝐿
𝑥
与 𝐿
𝑦
并
不对易
考虑一个量子过程: 首先进行物理量 𝐴 的测量, 量子态将会坍缩到一系列 𝐴 的本征态
|
𝑎
′
⟩
上; 然后进行
物理量 𝐵 的测量, 量子态将会坍缩到 𝐵 的本征态
|
𝑏
′
⟩
上; 最后进行物理量 𝐶 的测量, 量子态将会坍缩到
𝐶 的本征态
|
𝑐
′
⟩
上
希望考察对于一个 𝐴 本征态
|
𝑎
′
⟩
, 经过上述操作坍缩到 𝐶 的一个本征态
|
𝑐
′
⟩
的概率. 这可以对 𝐵 的全部
本征态进行求和得到
|
𝑎
′
⟩
坍缩到
|
𝑏
′
⟩
的概率为
𝑝(𝑏
′
) =
|⟨
𝑏
′
|𝑎
′
⟩|
2