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| Now I feel sutpid. That's cleared it up for me | | Now I feel sutpid. That's cleared it up for me |
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| =====Das Heisenbergbild===== | | G8MHyi <a href="http://avtqcaltafzn.com/">avtqcaltafzn</a> |
| :<math>\begin{align} | |
| & \left\langle {{{\hat{F}}}_{S}} \right\rangle ={{\left\langle \Psi \right|}_{t}}{{{\hat{F}}}_{S}}{{\left| \Psi \right\rangle }_{t}}={{\left\langle \Psi \right|}_{0}}{{U}^{+}}(t,0){{{\hat{F}}}_{S}}U(t,0){{\left| \Psi \right\rangle }_{0}} \\
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| & {{U}^{+}}(t,0){{{\hat{F}}}_{S}}U(t,0)={{{\hat{F}}}_{H}}(t) \\
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| \end{align}</math>
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| In diesem Bild sind die
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| Operatoren <math>{{\hat{F}}_{H}}(t)</math>
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| zeitabhängig
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| und damit Eigenvektoren <math>\left| n \right\rangle </math>
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| zeitabhängig
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| Aber: Allgemeine Zustände, Zustandsvektoren: <math>\left| \Psi \right\rangle ={{\left| \Psi \right\rangle }_{0}}</math>
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| zeitunabhängig:
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| Veranschaulichung im <math>{{R}^{2}}</math>
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| :
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| Im Heisenbergbild werden folglich die Operatoren und ihre Eigenvektoren (zwangsläufig) unter unitären Transformationen im Hilbertraum verdreht (als Zeitentwicklung).
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| Aus
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| :<math>{{\hat{F}}_{H}}(t)={{e}^{\frac{i}{\hbar }\hat{H}t}}{{\hat{F}}_{S}}{{e}^{-\frac{i}{\hbar }\hat{H}t}}</math>
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| folgt:
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| :<math>\frac{d}{dt}{{\hat{F}}_{H}}(t)=\frac{i}{\hbar }\hat{H}{{e}^{\frac{i}{\hbar }\hat{H}t}}{{\hat{F}}_{S}}{{e}^{-\frac{i}{\hbar }\hat{H}t}}+{{e}^{\frac{i}{\hbar }\hat{H}t}}{{\hat{F}}_{S}}\left( -\frac{i}{\hbar }\hat{H} \right){{e}^{-\frac{i}{\hbar }\hat{H}t}}</math>
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| Also:
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| :<math>\frac{d}{dt}{{\hat{F}}_{H}}(t)=\frac{i}{\hbar }\left[ \hat{H},{{{\hat{F}}}_{H}} \right]</math>
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| (Operatoren im Heisenbergbild gehorchen der Von- Neumann- Bewegungsgleichung)
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| Somit folgt für das Heisenbergbild:
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| :<math>\hat{F}{{{}^\circ }_{H}}=\frac{d}{dt}{{\hat{F}}_{H}}(t)=\frac{i}{\hbar }\left[ \hat{H},{{{\hat{F}}}_{H}} \right]</math>
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| Insbesondere gilt:
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| :<math>\frac{d}{dt}{{\hat{H}}_{H}}=0</math>
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| also die bildunabhängige Darstellung
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| :<math>{{\hat{H}}_{H}}={{\hat{H}}_{S}}=\hat{H}</math>
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| Merke: Der Hamiltonian ist grundsätzlich bildunabhängig.
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| =====Wechselwirkungsbild===== | | =====Wechselwirkungsbild===== |
| Sei <math>\hat{H}={{\hat{H}}^{0}}+{{\hat{H}}^{1}}</math> | | Sei <math>\hat{H}={{\hat{H}}^{0}}+{{\hat{H}}^{1}}</math> |
Quantenmechanikvorlesung von Prof. Dr. E. Schöll, PhD
Betrachte die zeitabhängigen Zustände
Die zeitabhängige Schrödingergleichung kann formal gelöst werden:
Definition des Operators U geschieht über eine Potenzreihe:
Zeitentwicklungsoperator
Setzt man dies in die Schrödingergelichung ein, so folgt:
Da H hermitesch ist, muss U(t,0) ein unitärer Operator sein!
Klar:
Die adjungierte Schrödingergleichung lautet:
Mit der formalen Lösung:
Der Erwartungswert eines Operators, der auch explizit zeitabhängig sein kann, z.B. über
ergibt sich für
Also:
Ein nicht explizit zeitabhängiger Operator ist grundsätzlich zeitlich konstant, wenn er mit dem Hamiltonoperator vertauscht.
Für einen nicht explizit zeitabhängigen Operator gilt folglich:
Klassisches Analogon: Poisson- Klammern
in der klassischen Mechanik finden wir analog die Poissonklammern:
Sei
eine klassische Observable und
die klassische Hamiltonfunktion, so gilt:
Also gilt in der Quantenmechanik die anschauliche Relation:
Definiere:
Observable " zeitliche Veränderung von
" als Operator:
Fundamentalbeziehung der Dynamik der Quantentheorie, aber keine Differenzialgleichung für ,
da im Allgemeinen:
Der Operator der zeitlichen Veränderung ist lediglich über seinen Erwartungswert definiert:
Speziell gilt, analog zu den klassischen Hamiltonschen Gleichungen:
Merke dazu (Ehrenfest- Theorem):
→ die partiellen Zeitableitungen verschwinden. Die Operatoren für Ort und Impuls sind nicht explizit zeitabhängig!
Mit der Allgemeinen Hamiltonfunktion für ein Potenzial, nämlich
folgt:
Also:
Denn:
Merke:
Woraus das Ehrenfestsche Theorem folgt:
da ja:
das heißt, die Erwartungswerte quantenmechanischer Observablen gehorchen den klassischen Bewegungsgleichungen
Bilder
Da die Erwartungswerte invariant bei unitären Transformationen U sind, sind Operatoren und Zustände nur bis auf UNITÄR- ÄQUIVALENZ festgelegt:
Für verschiedene, zeitabhängige U erhält man sogenannte verschiedene "Bilder":
Im Folgenden gelte ,
also keine explizite Zeitabhängigkeit!
Merke: Hat man ein Bild gefunden, so kann man die Zustände und Operatoren durch eine beliebige unitäre Trafo "verdrehen" und man hat ein neues Bild!
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Wechselwirkungsbild
Sei
mit dem ungestörten Hamiltonoperator
und der Störung .
Es gilt die Zeitentwicklung des Operators F für das Wechselwirkungsbild:
Somit gilt wieder die Relation
Also:
Somit ist auch hier der ungestörte Hamiltonian
bildunabhängig.
Aber:
im Allgemeinen
Bemerkung: Die Erwartungswertbildung formal gilt natürlich für alle Bilder.
Aber:
Merke: Die Zeitentwicklung der Zustände erfolgt hier über den Störoperator im Hamiltonian:
Zur Verdeutlichung des Wechselwirkungsbildes soll auch der Hamiltonoperator einen Index erhalten.
Dies bedeutet: Operatoren, Eigenvektoren und allgemeine Zustände sind zeitabhängig.
Operatoren
zeitabhängig, Abhängigkeit gegeben durch ungestörten Hamiltonoperator
und damit Eigenvektoren
zeitabhängig, ebenso durch den ungestörten Hamiltonian
Aber: Allgemeine Zustände, Zustandsvektoren:
zeitabhängig mit gegebener Zeitentwicklung durch den Störoperator .