Квантовая механика I (Фейнман) - страница 78
§ 1. Амплитуды и векторы
Прежде чем приступить к основной теме этой главы, мы хотели бы изложить несколько математических идей, которые часто встречаются в книгах по квантовой механике. Знание их облегчит вам чтение других книг или статей по этому предмету. Первая идея — это тесное математическое подобие между уравнениями квантовой механики и формулами для скалярного произведения двух векторов. Вы помните, что если cи j — два состояния, то амплитуда начать в j и кончить в c может быть записана в виде суммы (по полной совокупности базисных состояний) амплитуд перехода из j в одно из базисных состояний и затем из этого базисного состояния уже в c:
Мы объясняли это при помощи прибора Штерна — Герлаха, но сейчас напоминаем вам, что в этих приборах нет нужды. Уравнение (6.1) — это математический закон, который верен всегда, все равно, есть ли у нас фильтровальное оборудование или нет; вообще совсем не обязательно воображать наличие какого-то прибора. Можно рассматривать это просто как формулу для амплитуды
Сопоставим (6.1) с формулой для скалярного произведения двух векторов В и А. Если В и А — обычные трехмерные векторы, то скалярное произведение можно написать так:
считая, что символ е>i обозначает любой из трех единичных векторов в направлениях х.у и z. Тогда B·e>1— это то, что обычно называют В>х, а В·е>2— то, что обычно называют B>y, и т,д. Значит, (6.2) эквивалентно
В>хА>х+В>уА>у+В>гА>г,
а это и есть скалярное произведение В·А.
Сравнение (6.1) с (6.2) обнаруживает следующую аналогию. Состояния c и j соответствуют двум векторам А и В. Базисные состояния i отвечают специальным векторам е>i, к которым мы относим все прочие векторы. Любой вектор может быть представлен как линейная комбинация трех «базисных векторов» е>i. Далее, если вам известны коэффициенты при каждом «базисном векторе» в этой комбинации, т. е. три его компоненты, то вы знаете о векторе все. Точно так же любое квантовомеханическое состояние может быть полностью описано амплитудами <i|j> перехода в базисные состояния, и если эти коэффициенты вам известны, то вы знаете все, что можно знать о состоянии. Из-за этой тесной аналогии то, что мы назвали «состоянием», часто именуют «вектором состояния».
Раз базисные векторы е>i перпендикулярны друг другу, то существует соотношение
Это соответствует соотношению (3.25) между базисными состояниями i
Теперь вы понимаете, почему говорят, что базисные состояния i все «ортогональны друг другу».
Между (6.1) и скалярным произведением есть одно минимальное различие. У нас