单位文秘网 2021-08-20 09:20:48 点击: 次
摘要:在物理学中,角动量已经成为了一个极其重要的概念,同时也是极其容易让人混淆和模糊的概念。本文中,笔者对刚体转动这一问题中定轴运动的角动量方向进行分析,并且明确指出在通常情况下,物理学中的角动量方向和定轴方向不相同;还对原子运动过程中角动量进行了分析,指出原子轨道角动量算符并不是本征矢量和力学量本征值的完全集,其进行轨道的角度量算符并不客观。
关键词:物理学 算符 角动量 量子力学
中图分类号:O313 文献标识码: A文章编号:1672-1578(2011)08-0066-01
在物理学中,角动量是一个极其常用的概念,并且一直在物理学中占据着重要的地位。质点围绕一点进行转动这一情况会经常在物理学中出现。比如说,原子中的电子围绕原子核进行转动,行星围绕着太阳进行转动等等。在这些转动的情况和问题中,如果我们用物理学中的动量来对质点问题进行描述,就会很麻烦,因为动量方向是无时无刻不在变化的,所以,我们在物理学中引入了角动量这一概念,这一概念的引入,使其不管是在微观世界中物体的旋转还是宏观世界中各种实际物体转动,都发挥着极其重要的作用。但是,从另一个角度来看,物理学中的角动量问题一直都比直线动量这一问题复杂的多,很容易使人产生误解。所以,我们必须要对物理学中角动量进行深入的分析和探讨,下面,笔者就对物理学中的角动量进行探讨。
1物理学中角动量之原子轨道角动量
作为物理学中一个极其重要的概念,角动量同时还是一个让人容易模糊的物理量。将角动量的概念进行科学的分析,能够帮助我们将错误概念的产生以及模糊概念的产生进行很好的避免。角动量和物理学两个方面的内容是息息相关的,第一个是角动量的量子化,第二个是比较经典的转动概念,也就是在进行旋转运动的物体总是具有一定的角动量。在某些微观的领域中,基本粒子角动量一般都是量子化的,在这里,笔者要特别强调的是基本粒子自旋角动量单纯是粒子内禀的属性,基本粒子自旋角动量是和粒子运动的状态没有丝毫关系的。
在原子运动过程中,角动量一直起着重要的作用,所谓的原子物理学主要是进行原子性质与结构以及相关问题的研究,我们主要应该对电磁的相互作用进行考虑。在原子物理学之中,我们通常都用角动量的矢量模型来进行磁相互作用的研究,在量子力学角动量的耦合这一理论基础之上,我们往往使用角动量的矢量来进行多个电子原子之中原子核和电子之间、外磁场与原子之间以及电子原子中电子之间磁相互作用的研究,我们往往用量子力学中的角动量耦合理论这一理论来进行角动量大小的计算,并且使用经典电磁学以及经典力学方法来进行电子与原子核之间、电子之间以及外磁场和原子之间磁相互的作用,其自身的能量主要是按照经典电磁学中的方法来进行计算的,角动量的取向按照经典力学中的矢量三角形合成这一方法来进行计算的。
在原子这一系统之中,角动量的种类很多,其中,最为简单的就是轨道角动量,之所以说轨道角动量最简单,主要一个原因是因为轨道角动量具有经典力学对应,因此,我们总是对轨道角动量进行首先考虑。
在进行角动量中算符本征值处理时,大多数的量子力学参考书中都先在坐标表象之中来进行轨道角动量算符本征方程的求解,我们先得到一些相对应的本征函数以及本征值,然后再进行总角动量以及自旋角动量问题的讨论。因为在坐标的表象之中,轨道角动量算符本征方程是一个偏微分的方程,这一偏微分方程是一个二阶变系数的方程,对这一方程的求解过程相当复杂。
在原子物理学之中将轨道概念进行使用,以便来进行电相互作用的研究,其研究的方法往往是建立在单电子原子这一量子力学的描述基础之上的,其在进行多原子电子中的电子之间电相互的作用时,往往采用定态轨道,将电子之间存在的电相互作用归根结底成为了轨道贯穿以及原子实极化等等比较经典的电磁学的问题。但是,这里需要我们思考一个问题,轨道成为了一个相对来说比较典型的经典力学概念。因为我们对于定态轨道的描述方法也是半经典的、半量子的理论,所以,在原子的角动量这一理论之中,仍然存在着不相互协调的一些地方。
在量子力学中,对于原子中的电子的描述并不是轨道的描述,而是几率的描述,算符成为了量子力学之中的角动量,而非矢量。在原子物理学中的半量子、半经典的角动量的理论,已经在很大程度上都决定了其在角动量应用问题方面具有局限性,它也只能够将那些比较简单的角动量问题进行解决,对于那些相对复杂的角动量问题并不能很好地对其进行描述,只能够做出一些相似的、定性的描述。
2物理学中角动量之光子角动量
作为一种极其特殊的粒子,光子也是具有角动量的。在量子的理论之中,所谓的角动量守恒就是指某一个分量的守恒,不管是半奇数的自旋粒子还是整数的自旋粒子,一般情况下,其自身的自旋和轨道矩都是不守恒的,只有其总的角动量才能够守恒。所以,自旋角动量以及轨道角动量在任何的固定方向分量都不守恒。
3结语
本文中,笔者主要从物理学中角动量之原子轨道角动量以及物理学中角动量之光子角动量这两个方面对物理学中的角动量进行了探讨,笔者认为,理论只有应用到实际操作之中去,结合实际情况,才能够很好的发挥其自身的指导作用,所以,笔者主张将试论物理学中的角动量这一理论知识应用到角动量研究实际操作之中去,使其很好的发挥自身的指导作用。
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作者简介:吴晓龙(1987.05.28—),男,甘肃省天水人,学历:本科,研究方向:物理学。
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