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signo

新虫 (正式写手)

[求助] 角动量算符 作用于 二维谐振子波函数的角动量后 物理意义是什么?

在直角坐标系下,二维谐振子势第一激发态的波函数是psi (01)  psi (10),

请问如果用角动量算符 lz 作用于这两个简并态,为什么值为0呢,
<psi (01)| lz |psi (01)> =0,
<psi (10)| lz |psi (10)> =0,

<psi (01)| lz |psi (10)>   却不等于0.



(1) 这两个在直角坐标系下解出来的波函数是能量算符的本征态,而不是角动量算符的本征函数,对于角动量来说出现上面情况应该用什么物理内容来解释呢?

(2) 如果在球坐标系中,得到的是哈密顿量和轨道角动量的共同本征函数,所以角动量算符作用于自身的话得到的是本征值。

有点乱啊,理解不清楚。
角动量算符  作用于  二维谐振子波函数的角动量后  物理意义是什么?
1.png


角动量算符  作用于  二维谐振子波函数的角动量后  物理意义是什么?-1
2.jpg
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cxjzly2008

木虫之王 (文学泰斗)

祝大家国庆节快乐!继续努力!
找不到问题就是问题;找到了问题,找不到解决方法,就是问题;找到了问题,也找到了解决方法,不去解决,就是问题
7楼2014-10-01 22:40:15
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fyl7

铁杆木虫 (正式写手)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
我只能给出个大概的解释,具体细节我也不是十分清楚。
第一问,原来的能量简并态在某些外场作用下会“去简并”,比较明显的例子是原子在磁场中的一些能级分裂,比如塞曼分裂。这里的情形是类似的。
第二问,我不清楚计算的细节。但是从基本原理来看,这似乎不太可能。因为第一问说明哈密顿量与角动量lz不对易,这个不对易似乎不依赖坐标系的选取吧。你觉得呢?
2楼2014-10-01 11:47:42
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walk1997

金虫 (著名写手)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
建议把各个力学量算符在直角坐标下的具体形式写下来 可能就清楚了 老老实实最具体的形式
那么
1. 在直角坐标系下,所谓的01和10指的是H_x 和 H_y的本征值吧?
这里 H_x+H_y=H  (H_x=p_x^2/2m+V())
这个时候 上面等式也能理解呀 就是L_z这个算符的前面二行二列的对角元是0,非对角元非零。
A. 可以在直角坐标下把波函数和L_z的形式写下来验证
B. 或者根据H,L关于x,p的的表达式和x,p的对易关系,可以验证

2.弄清楚了上面1,这个也就容易理解了,这个时候 选取的是H=H_x+H_y以及L_z^2为基本力学量,它们是相互对易的(因为谐振子势也是中心势),这个时候和直角坐标系对比,相当于一个表象变换,在这个表象变换下 H 还是对角的,但是L_z从非对角的变成对角的了,这个时候H_x和H_y当然也从对角的变成非对角的了。
3楼2014-10-01 20:25:17
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walk1997

金虫 (著名写手)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
btw: 如果非要一个物理图像下的直观理解
你可以想象L_z的作用相当于一个绕着z轴的转动,所以L_z作用到波函数上,相当于把x轴转到y轴,y轴转到x轴(这个时候 只考虑转动90度这个特例,因为量子),所以|10>在绕z轴转动90会变成|01>
所以,对角元就是0,非对角元反而不是0.
(严格点 可能应该说 Exp(I*L_z*角度) 是这样的坐标空间的转动在波函数上的诱导)
4楼2014-10-01 20:35:57
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