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¿Por qué hay $1/2\pi$$\int\frac{dp}{2\pi}|p\rangle\langle p|$?

Estoy leyendo a Richard MacKenzie de conferencias sobre el camino de las integrales y en la página 7 se deriva el propagador de la partícula libre como sigue:

$$ \begin{align} K &= \langle q'|e^{-iHT}|q\rangle \\ &= \langle q'|e^{-iT\hat p^2/2m} \int\frac{dp}{2\pi}|p\rangle\langle p|q\rangle \\ &= \int \frac{dp}{2\pi} e^{-iT p^2/2m} \langle q'|p\rangle\langle p|q\rangle \\ &= \int \frac{dp}{2\pi} e^{-T(p^2/2m)+i(q'-q)p} \\ &= \boxed{\left(\frac{m}{2\pi iT}\right)^{1/2} e^{im(q'-q)^2/2T}} \end{align}$$

Me siento cómodo con todos los pasos, excepto el primero. Lo que quiero saber es: ¿de dónde viene el factor de $1/2\pi$? Estoy familiarizado con la idea de la expansión de una función de estado con respecto a una base, pero el $\int dp |p\rangle \langle p| = 1, $$2\pi$. Hay implícita una transformada de Fourier cuando cambia de impulso a la base? ¿Tiene algo que ver con el hecho de que él está utilizando unidades donde $\hbar = 1$?

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joshphysics Puntos 34367

El factor de $1/2\pi$ es un artefacto de la normalización de la convención se utiliza para el impulso autoestados.

Para comenzar a ver cómo es esto, tengamos en cuenta que la elección de la normalización de un Dirac-ortogonal base continua determina completamente la forma de la resolución de la identidad. La escritura de un arbitrario del estado de $|\psi\rangle$ en un `continuo" de la base da \begin{align} |\psi\rangle = \int da'\,\psi(a')|a'\rangle, \end{align} y la aplicación de $\langle a'|$ a ambos lados da \begin{align} \langle a|\psi\rangle = \int da' \,\psi(a')\langle a|a'\rangle. \end{align} Ahora si esta base es de Dirac ortogonal con la normalización $K(a)$; \begin{align} \langle a |a'\rangle = K(a)\,\delta(a-a') \end{align} entonces nos encontramos con la $\langle a|\psi\rangle = K(a)\psi(a)$, lo que da \begin{align} |\psi\rangle = \int \frac{da'}{K(a)}\,\langle a'|\psi\rangle|a'\rangle \end{align} lo que implica \begin{align} \int \frac{da'}{K(a)} |a'\rangle\langle a'| = I. \end{align} Ahora se especializa a la mecánica cuántica, es el recuerdo de una convención estándar es establecer \begin{align} \langle q|q'\rangle = \delta (q-q'), \qquad \langle p|p'\rangle = 2\pi\delta(p-p') \tag{DefCon1} \end{align} y por lo tanto los comentarios de arriba, esto implica las siguientes resoluciones de la identidad: \begin{align} \int dq'\, |q'\rangle\langle q'| = I, \qquad \int \frac{dp'}{2\pi} \,|p'\rangle\langle p'| = I. \end{align}

La motivación para la normalización de los convenios

Para intentar motivar a los convencionales normalizaciones de la posición y el impulso autoestados escrito anterior, supongamos que se adopten las siguientes normalizaciones: \begin{align} \langle q|q'\rangle = C(q)\,\delta(q-q'), \qquad \langle p|p'\rangle = K(p)\,\delta(p-p'), \end{align} para las funciones de $C(q)$$K(p)$. Deje $Q$ ser la posición del operador, y deje $P$ ser el impulso del operador. Recordemos que el canónica de la conmutación de la relación de $[Q,P] = iI$ puede ser utilizado para demostrar que la $e^{-iaP}$ es el generador de las traducciones, es decir, que $e^{iap}|q\rangle = |q+a\rangle$. De ello se desprende que $\langle p|q\rangle = \langle p|e^{-iqP}|0\rangle = e^{iqp}\langle p|0\rangle$. Si dejamos $\langle p|0\rangle=\phi(p)$ para algunos la función indeterminada $\phi$, entonces en resumen, hemos demostrado hasta ahora que \begin{align} \langle p|q\rangle= e^{iqp}\phi(p) \end{align} Si ahora consideramos la cantidad de $\langle q|\psi\rangle$, y si queremos insertar una resolución de la identidad de la integración de más de $p$ y el otro la integración de más de $q'$, entonces tenemos \begin{align} \langle q|\psi\rangle = \int dq'\left[\int \frac{dp}{2\pi}e^{-i(q-q')p}\frac{2\pi|\phi(p)|^2}{C(q')K(p)}\right] \langle q'|\psi\rangle \end{align} Ahora, para que esta ecuación sea verdadera, el término entre corchetes debe ser igual a $\delta(q-q')$, lo que significa que \begin{align} \frac{2\pi|\phi(p)|^2}{C(q')K(p)} = 1 \end{align} Otra forma de decir esto es que la posición y el impulso de las representaciones deben estar relacionados por la transformada de Fourier. Como se puede ver, se puede fijar arbitrariamente $C$ $K$ para satisfacer esta condición, ya tenemos completa libertad para elegir a $\phi(p)$. La convencional de la elección que conduce a $(\text{DefCon1})$ es básicamente tan simple como usted puede conseguir debido a que dos de los grados de libertad, es decir,$C(q)$, e $\phi(p)$ se establece en 1, y esto corrige $K(p)$$2\pi$.

Adenda. Otros convenios en la literatura

Como Qmechanic señala en su comentario a continuación, es útil destacar que hay al menos otra convención común en la literatura que es tan simple como $(\text{DefCon1})$, y que es a elegir \begin{align} C(q) = 1, \qquad K(p) = 1, \qquad \phi(p) = \frac{1}{\sqrt{2\pi}} \end{align} que daría \begin{align} \langle q|q'\rangle = \delta (q-q'), \qquad \langle p|p'\rangle = \delta(p-p') , \qquad \langle p|q\rangle = \frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-ipq}\tag{DefCon2} \end{align} Este convenio es utilizado por Cohen-Tannoudji y Sakurai en su quantum textos. Por supuesto, en la práctica, siempre y cuando uno se aferra a una sola convención, nadie es detener su elección de cualquier convenio que ella elige, excepto, posiblemente, un asesor de investigación o física de los dioses.

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