为什么时间不是量子力学中的算符呢?

如题所述

人们应该小心区分非相对论量子力学和量子场论。

对于非相对论的量子力学,以位置作为运算符而不是时间来区别对待时间和空间也就不足为奇了。毕竟,这也是牛顿力学中发生的事情:时间是绝对的,并且是背景的一部分,所有其他可观察到的东西都是时间的函数。这种范例奠定了牛顿物理学基本问题的表述:确定系统如何随时间演化。时间不能是可观察的,因为可观察是我们认为系统的“状态”的函数,但是状态首先被认为是时间的函数(因此,时间是自变量)。

量子场论与狭义相对论完全兼容,因此必须平等对待空间和时间。在非相对论量子力学中,位置是可观察的,而时间是参数。也就是说,位置是状态的函数,而时间则用于标记状态。因此,在制定量子场论时,我们可以选择将空间坐标设置为参数,还是将时间设置为可观测的。Srednicki讨论了这个选择:

我们可以解决我们的问题,但是我们必须在一开始就将空间和时间放在平等的基础上。有两种方法可以做到这一点。一种是将其作为运营商的地位从地位降级,并将其呈现为额外的标签,例如时间。另一个是为操作员增加时间。

让我们首先讨论第二种选择。如果时间成为运算符,那么在薛定inger方程中我们将什么用作时间参数?幸运的是,在相对论中,有不止一个时间概念。我们可以利用适当的时间ττ粒子的时间(由与其一起移动的时钟测量的时间)作为时间参数。协调时间ŤŤ(由惯性帧中的固定时钟测量的时间)然后提升给操作员。在海森堡图中(系统状态是固定的,但运算符是服从经典运动方程的时间函数),我们将有运算符Xμ(τ)Xμ(τ),在哪里 X0= TX0=Ť。相对论量子力学确实可以沿着这些路线发展,但是这样做却出奇地复杂。(很多时候都是问题;任何单调函数ττ 和候选人一样好 ττ 本身在适当的时间,并且必须理解和解释这种无限的描述冗余。)

考虑不同形式主义的优点之一是,它们可以为概括提出不同的方向。例如,一旦我们有Xμ(τ)Xμ(τ),为什么不考虑添加更多参数?那么我们将有例如Xμ(σ,τ)Xμ(σ,τ)。传统上,这将为我们提供一个连续的世界系列,我们称之为世界表,等等Xμ(σ,τ)Xμ(σ,τ)将描述一个传播字符串。这确实是弦论的起点。

因此,将时间延长给操作员是可行的选择,但是在实践中很复杂。然后让我们转向另一个选项,将位置降级为标签。第一个问题是,标签上写着什么?答案是,关于运营商。因此,考虑为每个点分配一个运算符XX在太空; 叫这些操作员ϕ (x)ϕ(X)。这样的一组算子称为量子场。在海森堡图中,运算符还与时间有关:

ϕ (x,t )=Ë我^ ht / ℏϕ (x,0 )Ë-我^ ht / ℏϕ(X,Ť)=Ë一世HŤ/ℏϕ(X,0)Ë-一世HŤ/ℏ。

因此,位置和时间(在海森堡图中)现在都标记在操作符上;本身也不是运算符的特征值。

因此,现在相对论量子理论有两种不同的方法,这些方法在原则上可能会产生不同的结果。然而,事实并非如此:事实证明,可以用一种形式主义来对待的任何相对论量子物理学也可以用另一种形式主义来对待。我们使用的是方便和品味的问题。而且,量子场论,即位置和时间都是操作符的标签的形式主义,对于大多数问题而言更加方便和有效。

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第1个回答  2021-01-10
在经典力学里我们研究的问题类似于,某个时刻粒子的位置在哪里?所以时间是给定的已知的。在量子力学里,我们研究的问题类似于,某个时刻粒子的波函数是什么?所以时间还是给定的已知的。时间的给定的,不是通过算符量得到的。
第2个回答  2021-01-10
不需要。量子力学不需要加入时间运算,所以它不是算符。
第3个回答  2021-01-10
因为我们是无法观测到时间的。而且时间在量子力学中的概念是很模糊的,所以我们无法用时间来作为算符。