포지션 베이시스에서 트렌슬레이션 오퍼레이터 T(dx)를 정의할 때 사쿠라이에서 쓰는 포멀리즘과 비슷하게 해서
운동량 공간에서 트렌슬레이션을 정의하고 싶거든?
물론 기본적인 성질들, 유니터리니라던지 극한에서 아이덴티티가 된다던지 하는 그런 것들을 만족시키려면 포지션 베이시스와 비슷한 형태가 될건데
사실 이게 고민이 되는게, 정준 변환에서 위치를 변환해도 운동량의 변화는 없잖아. 이건 아주 직관적이라서 쉬운데
운동량켓에서 dp의 변화를 주었을 때의 위치의 변화가 어찌되냐고 하면 조금 골치가 아파지거든
수학적으로 조금 미묘한 문제인 것 같아서 질문 글 싼다.
완전히 알려주진 말고, 어떠한 힌트를 줬으면 좋겠어. 사실 예상되는 형태는 있긴 한데, 어떻게 해서 그런 형태가 나오는지에 대한 확신이 없거든.
그리고 내 생각에 실마리가 될 만한 부분은 트렌슬레이션 오퍼레이터에서 왜 미소변위 부분의 부호가 왜 마이너스가 되냐 일것 같은데, 그 이유도알려주면 고맙겠음. 사실 여기가 플러스가 되도 상관없을 것 같은데 그렇게 되면 오퍼레이터들이 다 부호가 바뀔거아냐. 그 얘긴 이게 물리적으로 의미가 있다기보단 단순한 포멀리즘의 문제일 수도 있을 것 같은데 책에 설명이 부족해서 좀 헷갈리네.
암튼 계속 고민하다가 다시 돌아올테니 힌트 주면 환영할게
물리이야기: T(dx) | x> = [1-(2pi*i/h)p*dx] | x> = | x+dx>
뭔가 안거같다.. 방향을 바꾸니깐 보이네 공부해서 이따 물리이야기로 올림
Sakurai에서 translation operator를 만드는 방식은 basis independent이지 않나요? 단, 공간에 대한 translation operator라면 position eigenket에 가했을 때의 성질을 따지는 게 자연스러울 뿐.
p에 대한 translation operator를 만들고싶었는데 이게 만들고 보니깐 사쿠라이 1장 마지막 문제에 제시된것과 같네요. 사실 basis independent라기보다는, 형태 자체는 hermitian, successive, 그리고 극한에서 identity가 되도록 만족하는 형태를 찾은 다음, 역학의 generating function을 translation operator와 비교해서 p가 트렌스레이션 제너레이터가 된다는 식으로 논리를 전개하거든요. 제가 의아했던건, 위에 물리이야기에 써놓은 것 처럼 오퍼레이터에 마이너스 부호가 붙는데, 사실 이걸 +로 해도 모든 성질을 만족하거든요? 그렇다면 같은 방식으로 P에 대한 트렌스레이션을 정의할 때는 부호를 뭘로 해야 하는지, 포지션에서는 왜 굳이 -인지
가 궁금했거든요. 사실 풀고자 한 문제 자체는 <p|x|p>를 구하고자 한건데, 그렇다면 이것을 구하는 과정에서 사쿠라이의 방식을 따라가면 p도 트렌스레이션 오퍼레이터를 정의할 수 있으면 편한대 p의 트렌스레이션을 어떻게 정의할 것인가가 궁금했던 것이죠. 사실 사쿠라이에서 골드스타인을 인용한 (사쿠라이 45페이지, 골드슈타인 386) 제너레이팅 펑션을 이용할 때 좀 어물쩍 구렁이 담넘어가듯 넘어가서 이해가 안되긴 하는데, 여기서 제너레이팅 펑션을 이용할 수 있었던건, x에 대한 트렌슬레이션이야 물리적으로 직관적으로 명확하게 p가 변하지 않으니 괜찮은데, 과연 p에서도 같은 방식을 쓸 수 있냐는거죠.
결국은 저는 <x|p>관계식에서 T(dp)|p>=|p+dp>인 오퍼레이터를 가정하고, <x|p+dp>=<x|T(dp)|p> 라고 하여 양변을 비교하는 방식으로 T(dp)를 구했고 구해놓고 보니 형태는 exp((i*2pi*x/h)*dp) 가 됩니다. 풀어놓고 보니 포지션 트렌슬레이션을 유한 변위를 계산하면 부호만 -인 정확히 같은 형태가 나오고 이 얘기는 트렌슬레이션 오퍼레이터와 정확히 같은 성질을 만족하지만 -대신 +로 바꾼것과 같단 얘기네요
근데 여전히 좀 찝찝한건, 왜 굳이 하나는 -, 하나는 +로 정의를 했냐는거죠. 제가 푼 방식대로라면 한쪽의 부호를 바꾸면 다른 한쪽의 부호도 바뀌어야 한단거고 결국 <p|x|p>와 <x|p|x>의 부호도 각각 반대로 되겠죠. 이게 단순히 어떠한 convention의 문제인지, 아니면 부호를 저렇게 정한 이유가 잇는지가 여전히 의문이네요
어디선가 부호에 임의성이 있는 건 맞아요. 우리가 일반적으로 사용하는 convention에서는 canonical commutation relation이 [x,p] = iħ가 되고, x의 고유값을 a만큼 바꾸는 연산자는 exp(-ipa/ħ), p의 고유값을 b만큼 바꾸는 연산자는 exp(ibx/ħ)가 되죠. 이 셋 전부에서 i를 -i로 바꿔도 사실 문제가 생기지 않아요.(단지 운동량 ħk를 가지는 평면파의 형태가 exp(ikx)에서 exp(-ikx)로 바뀔 뿐...)
단, 위에서 이야기한 세 가지는 독립적인 postulate이 아니고, 셋 중 하나만 가정하면 나머지 둘은 결과적으로 따라 나와요. 그에 따라 i 앞에 붙는 부호도 셋 중 하나에서만 정해 주면, 나머지 둘에서는 임의성이 없죠. 직접 확인해 보시면 좋을 것 같네요.