عملگرهای خلق و فنا: تفاوت میان نسخه‌ها

محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
Reza1615 (بحث | مشارکت‌ها)
ابرابزار
بدون خلاصۀ ویرایش
خط ۱:
{{میان‌ویکی-نیاز}}
'''عملگرهای خلق و فنا'''، عملگرهای ریاضی هستند که کاربردهای گسترده‌ای در مکانیک کوانتومی، بخصوص در مطالعه نوسانگرهای هارمونیک و سیستم‌های چند ذره‌ای دارند.[۱] یک عملگر فنا تعداد ذرات یک حالت مشخص را کاهش می‌دهد. یک عملگر خلق تعداد ذرات یک حالت مشخص را افزایش می‌دهد، و به عملگر فنا متصل می‌باشد. در بسیاری از زیر مجموعه‌های رشته فیزیک و شیمی از این عملگرها بجای تابع‌های موج استفاده می‌شود وکه به کوانتش ثانویه معروف است.
 
عملگرهای خلق و فنا می‌توانند روی حالتهای انواع مختلف ذرات تاثیر بگذارند. برای مثال در تئوری شیمی کوانتومی، بر حالتهای الکترون تاثیر می‌گذارد. همچنین واکنش ویژه‌ای درمقابل عملگرهای پله‌ای برای نوسانگرهای هارمونیک کوانتومی دارند. در مرحله بعدی عملگرهای افزاینده بعنوان عملگرهای خلق در نظر گرفته می‌شود. که یک کوانتوم انرژی را به سیستم نوسانگر اضافه می‌کند،(به همین شکل برای عملگر کاهنده). آنها می‌توانند برای نشان دادن فوتونها به کار روند.
 
ریاضیات مربوط به عملگرهای خلق و فنا برای بوزونها با عملگرهای نوسانگر هرمونیکهارمونیک کوانتوم یکسان است.[۲] برای مثال جابجایی عملگرهای خلق و فنا که مربوط به حالت یکسان بوزونها هستند، برابر یک است. در حالی که سایر جابجاییها صفر است. با این وجود برای فرمیونها معادله‌های ریاضی متفاوت است و جابجایی‌ها معکوس می‌باشد.
 
== استنتاج فرمولهای نوسانگر هرمونیکهارمونیک کوانتومی ==
در زمینه نوسانگر هارمونیک کوانتوم، ما بار دیگر عملگرهای پله‌ای را بعنوان عملگرهای خلق و فنا در نظر می‌گیریم که کوانتوم ثابت انرژی را به سیستم نوسانگر اضافه و یا کم می‌کنند. عملگرهای خلق و فنا برای بوزونها (اسپین صحیح) و فرمیونها (اسپین نیمه صحیح) متفاوت است. زیرا تابع موج آنها دارای خواص هندسی متفاوتی هستند.
 
نخست مورد سادترساده تر بوزونی نوسانگر هارمونیک کوانتومی را در نظر بگیرید.
 
:<math>\left(-\frac{\hbar^2}{2m} \frac{d^2}{d x^2} + \frac{1}{2}m \omega^2 x^2\right) \psi(x) = E \psi(x)</math>
خط ۲۱:
:<math> \frac{\hbar \omega}{2} \left(-\frac{d^2}{d q^2} + q^2 \right) \psi(q) = E \psi(q)</math>
 
توجه کنید که مقدار <math> \hbar \omega = h \nu </math> همان انرژی بدست آمده برای کوانتوم نوری است و پارانتزها دزدر هامیلتونی را می‌توان بدین شکل نوشت:
 
:<math> -\frac{d^2}{dq^2} + q^2 = \left(-\frac{d}{dq}+q \right) \left(\frac{d}{dq}+ q \right) + \frac {d}{dq}q - q \frac {d}{dq} </math>
خط ۵۵:
:<math> \hbar \omega \left(a^\dagger a + \frac{1}{2} \right) \psi(q) = E \psi(q)</math>
 
این بسیار آسانتر از شکل اولیه است. ساده کردن بیشتر این معادلهمعادله، فرد را قادر می‌سازد تا تمام خواص فهرست بندی شده تا بحال را بدست آورد.
 
با فرض اینکه
خط ۶۱:
<math>p = - i \frac{d}{dq}</math>
 
که در آن عملگر "P" همان عملگر تکانه بدون بعد است، سپسخواهیم داریمداشت:
 
:<math> [q, p] = i \,</math>