关于算符,下列说法正确的是()。A. 若[hat(A),hat(B)]=0,[hat(A),hat(C)]=0,则[hat(B),hat(C)]=0B. 任意力学量算符总有相对应的经典力学量C. 厄米算符在任何状态下的平均值必为实数D. 两个不对易的力学量算符一定没有共同本征态
A. 若$[\hat{A},\hat{B}]=0,[\hat{A},\hat{C}]=0$,则$[\hat{B},\hat{C}]=0$
B. 任意力学量算符总有相对应的经典力学量
C. 厄米算符在任何状态下的平均值必为实数
D. 两个不对易的力学量算符一定没有共同本征态
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查量子力学中算符的基本性质,包括对易关系、厄米算符的性质、力学量的量子与经典对应关系、以及共同本征态的存在条件。
解题核心思路:
- 选项A:需理解对易关系的传递性是否成立;
- 选项B:明确量子力学中是否存在无经典对应的钱学量;
- 选项C:掌握厄米算符的平均值性质;
- 选项D:分析不对易算符是否可能存在共同本征态。
破题关键点:
- 对易性非传递:两个算符与第三个算符对易,不能推导出它们彼此对易;
- 量子特有量:如自旋无经典对应;
- 厄米算符性质:其平均值必为实数;
- 共同本征态存在性:不对易算符可能共享部分本征态。
选项A
结论:错误。
关键点:对易关系不具有传递性。
举例:设$\hat{A} = \hat{x}$,$\hat{B} = \hat{p}_x$,$\hat{C} = \hat{S}_z$(自旋算符)。若$\hat{A}$与$\hat{B}$、$\hat{C}$均对易,则$\hat{B}$与$\hat{C}$未必对易。例如,$\hat{p}_x$与$\hat{S}_z$对易,但若$\hat{A}$换成其他算符,可能得到不对易的情况。
选项B
结论:错误。
关键点:存在量子力学中特有的钱学量无经典对应。
举例:自旋是量子力学特有的概念,没有经典力学中的直接对应量。
选项C
结论:正确。
推导:
设厄米算符$\hat{A}$,则$\hat{A}^\dagger = \hat{A}$。
任意态$\psi$的平均值为:
$\langle \hat{A} \rangle = \langle \psi | \hat{A} | \psi \rangle.$
取共轭得:
$\langle \hat{A} \rangle^* = \langle \psi | \hat{A}^\dagger | \psi \rangle = \langle \psi | \hat{A} | \psi \rangle = \langle \hat{A} \rangle.$
因此$\langle \hat{A} \rangle$为实数。
选项D
结论:错误。
关键点:不对易算符可能共享部分本征态。
举例:角动量算符$\hat{L}^2$与$\hat{L}_z$不对易($[\hat{L}^2, \hat{L}_z] \neq 0$),但它们有共同本征态(球谐函数$Y_{\ell m}(\theta, \phi)$)。