我想先說明一下我對函數跟向量的看法好了。
假設現在有一個速度跟時間的函數 V(t) ,並且我假設 V(t)=3t2+5t+1( 純粹假設 )
我會習慣去分析它的因次。例如在 3t2 這一項,我會認為 t2 的因次為秒,而 t2 前面的係數 3 的因次就是公尺 / 秒 3 。在 5t 這一項我會認為 t 前面的係數因次是公尺 / 秒 2 。而最後面的常數項因次是公尺 / 秒 。所以這三項整個加起來它的因次都會是速度的因次。 ( 不會有物理量是由不同因次的物理量相加而得到的 )
再來描述我對向量的看法。一樣我舉個例子。例如力的向量 \vec{F}=Fx\hat{i} + Fy\hat{j} + Fz\hat{k}
其中 、 、 分別代表直角做標的三個座標軸的單位向量,它是 dimensionless ,而 Fx 、 Fy 、 Fz ,這三個單位向量前的係數是有單位因次的,都是牛頓 ( 我用 SI 單位制來看 )
因此若是用矩陣來表示這個向量的話會是 F=\left[\array{Fx \\ Fy \\ Fz}] \right
而這個矩陣是有單位因次的,也就是這些元素的單位因次,所以單位因次為牛頓。 ( 我的想法是整個矩陣的單位因次就是矩陣裡的元素的因次,例如角動量 operator 裡的每個元素就一定會有公因數為 h/2π 的常數在,它提供了角動量的單位 )
另外我之前一直有一個想法一個物理量改成以向量來表示的話並沒有理由它的因次會發生改變。例如速度只考慮大小的話它的單位因次就是公尺 \ 秒,當你加上向量符號或是以矩陣來表示時它的單位沒有理由改變。
但是當我把這個概念用在函數的內積上就會產生問題。例如現在我有兩個函數 f(x) 和 g(x) 它們在區間 [a,b] 是有意義的,而兩個函數的內積標示為<f,g> = math_failure (math_unknown_error\f): \int_a^b \f(x)g(x)dx ( 在此令 weight function 為 1 ,不考慮權重 ) 。我就會發現多一個 dx 的因次 ( 也就是積分的結果比起在傳統上我們處理在空間裡兩個向量內積後的因次是將兩個向量的因次直接相乘多了長度一個因次 ) 。
我想問題可能是出在我太過受限於空間座標裡兩個向量的內積定義了。兩個函數可以當成在某個 vector space 裡的兩個向量。而兩個代表函數的向量其內積就定義為兩個函數相成後再對 dx 做積分。因此在 裡 f 是向量, g 是向量,而 就是兩個向量的內積,定義為 math_failure (math_unknown_error\f): \int_a^b \f(x)g(x)dx。
因此我想我上面我說的 一個物理量改成以向量來表示的話並沒有理由它的因次會發生改變 這個概念就有修正的必要。
所以我就直接拿波函數來看好了。
我們先從波函數的歸一化這個式子來看
math_failure (math_unknown_error\r): \int_{-∞}^∞ \ψ*(x)ψ(x)dx
這個式子就跟函數內積的式子像極了,所以我想我也可以表達成〈 ψ*, ψ 〉 =math_failure (math_unknown_error\r): \int \ψ*(x)ψ(x)dx
而在〈 ψ*, ψ 〉這裡 ψ 表示的不是函數,而是已經當成向量了。
而 ψ 其實我們用 ket 來表示這個向量的話應該寫成 ψ 〉
而根據 expansion theory 可以得知波函數可以以任何 operator 的 eigenstates 作線性展開,也就是
ψ(x)=sum_{i=1} \Cnun(x)
而其中個別的 un(x) 就把它以向量來表示,並且同時去掉它的單位讓它變成無因次 ( 我其實不是很瞭解是否可以這樣做,只是若要解釋我之前的問題的話,我覺得必須得如此定義 ) ,而且我們把 un(x) 做為單位向量讓它 span 出一個 vector space ,然後再以矩陣表示 ψ(x)= \left[\array{C1 \\ C2 \\ C3 \\ . \\ . \\ .} \right] 這個向量。這樣一來整個波函數在以矩陣表示後就沒有因次了,而且以矩陣表示的波函數再透過相成就表示了兩個向量的內積,而內積的結果會歸一化,也符合了波函數函數內積的定義,結果也是歸一化。
所以〈 ψ|ψ 〉 =math_failure (math_unknown_error\r): \int_{-∞}^∞ \ψ*(x)ψ(x)dx=\left[\array{C*1 & C*2 & C3 & . & . & . } \right] \left[\array{C1 \\ C2 \\ C3 \\ . \\ . \\ .} \right]
以上是我最近整理出來的結果,其實我不是很有把握,但是可以大概解釋我之前的盲點,因此麻煩各位大大和教授看看我這個論點還有什麼地方有問題,在此謝謝。
PS.抱歉我實在不知道我方程式的語法問題出在哪裡,想請問一下教授我該怎麼輸入方程式才會顯示?
[ 這篇文章被編輯過: 李璿 在 2011-05-04 16:56:38 ]