Imagen de evolución temporal

Imagen de evolución temporal

En mecánica cuántica, existen diversas formas de presentar las ecuaciones de movimiento de un sistema. En la imagen de Schrödinger la evolución temporal del mismo afecta al estado cuántico que lo representa. Es la manera «estándar» de introducir las ecuaciones de la mecánica cuántica. Por el contrario, en la imagen de Heisenberg dicha evolución afecta únicamente a los operadores que representan las cantidades observables. Mediante esta imagen se pueden analizar las similitudes entre las ecuaciones de movimiento clásicas y cuánticas. La imagen de interacción (también de Dirac o de Dyson) es un enfoque intermedio entre los dos anteriores, utilizado en teoría de perturbaciones. Las predicciones físicas de la mecánica cuántica no dependen de la imagen que se utilice.

Contenido

Imagen de Schrödinger

La imagen de Schrödinger se corresponde con la formulación estándar de la ecuación de Schrödinger. Esta dicta que el estado de un sistema, representado por un ket |ψ〉, cambia a medida que transcurre el tiempo y que su evolución está dictada por la ecuación diferencial:

i\hbar\frac\partial{\partial t}|\psi(t)\rangle=H(t)|\psi(t)\rangle\,,

donde H(t) es el operador hamiltoniano, relacionado con la energía de dicho sistema, y cuya forma puede depender explícitamente del tiempo. Esta ecuación sólo es válida para un sistema aislado en el que no se efectúa ninguna medida.

La ecuación de Schrödinger es lineal, por lo que la evolución temporal se corresponde con la acción de un cierto operador de evolución temporal U(t,t0):

|\psi(t)\rangle=U(t,t_0)|\psi(t_0)\rangle\,,

el cual obedece una versión de la ecuación de Schrödinger «para operadores»:

i\hbar\frac\partial{\partial t}U(t,t_0)=H(t)U(t,t_0)

Imagen de Heisenberg

La imagen de Heisenberg es una manera distinta de presentar la evolución de un sistema cuántico, en la que esta se refleja únicamente en los operadores. Una cantidad observable está representada por un operador que puede depender explícitamente del tiempo, O(t). Su valor esperado en un cierto instante es:

(1) \langle O\rangle (t)=\langle O\rangle(t)=\langle\psi^{\mathrm S}(t)|\,O^{\mathrm S}(t)\,|\psi^{\mathrm S}(t)\rangle=\langle\psi(t_0)|\,U(t,t_0)^{-1}O^{\mathrm S}(t)U(t,t_0)\,|\psi(t_0)\rangle=\langle\psi^{\mathrm H}|\,O^{\mathrm H}(t)\,|\psi^{\mathrm H}\rangle

Los superíndices «S» y «H» indican que se trata de la imagen de Schrödinger o de Heisenberg. La expresión (1) muestra que el valor esperado de un observable en el instante t es idéntico al que se obtendría utilizando un estado que no cambia con el tiempo, |ψH〉 = |ψS(t0)〉; y un operador OH(t) que recoja la evolución del sistema:

O^{\mathrm H}(t)=U(t,t_0)^{-1}\cdot O^{\mathrm S}(t)\cdot U(t,t_0)\!

En la imagen de Heisenberg el estado del sistema es una condición inicial |ψH〉, que basta para analizarlo en cualquier otro instante. Cambiar de la representación de Schrödinger a la de Heisenberg requiere una elección del instante t0 en el que se especifican estas condiciones iniciales.

La imagen de Heisenberg guarda cierta similitud con la mecánica clásica. La dependencia con el tiempo de los operadores está descrita por la ecuación de Heisenberg, que es la contrapartida de la ecuación de Schrödinger:

\frac d{dt}O^{\mathrm H}(t)=\frac i\hbar[H^{\mathrm H}(t),O^{\mathrm H}(t)]+\left(\frac{d}{dt}O^{\mathrm S}(t)\right)^{\mathrm H}

Esta ecuación es completamente análoga a la ecuación hamiltoniana de un observable clásico f expresada mediante corchetes de Poisson:

\frac{df}{dt}=\{\mathcal H(t),f\}+\frac{\partial f}{\partial t}

Imagen de interacción

La imagen (o representación) de interacción consiste «repartir» la evolución temporal del sistema entre estados y operadores. Su aplicación es útil cuando el hamiltoniano del sistema puede dividirse en dos partes, considerando una de ellas una perturbación de la otra:

H^{\mathrm S}(t)=H_0^{\mathrm S}(t)+W^{\mathrm S}(t)\,,

donde WS es la perturbación y H0S es el hamiltoniano sin perturbar o libre, cuyo espectro de energías normalmente se supone conocido. Esto significa que la forma exacta del operador de evolución temporal libre U0(t,t0) es también conocida. La definición de estado y operador en esta representación es:

\begin{array}{l}
|\psi^{\mathrm I}(t)\rangle=U_0(t,t_0)^{-1}\,U(t,t_0)\,|\psi^{\mathrm S}(t_0)\rangle=U_0(t,t_0)^{-1}\,|\psi^{\mathrm S}(t)\rangle\\
\\
O^{\mathrm I}(t)=U_0(t,t_0)^{-1}O^{\mathrm S}(t)U_0(t,t_0)
\end{array}

U(t,t0) es el operador evolución del hamiltoniano completo (incluyendo a W). En esta representación, los estados |ψ(t)〉 sólo cambian debido a la perturbación, mientras que los operadores obedecen la ecuación de Heisenberg libre:[1]

\begin{array}{l}
i\hbar\frac\partial{\partial t}|\psi^{\mathrm I}(t)\rangle=W^{\mathrm I}(t)|\psi^{\mathrm I}(t)\rangle\\
\\
\frac{d}{dt}O^{\mathrm I}(t)=\frac i\hbar[H_0^{\mathrm I}(t),O^{\mathrm I}(t)]+\left(\frac d{dt}O^{\mathrm S}(t)\right)^{\mathrm I}
\end{array}\!

Referencias

  1. La ecuación para |ψI〉 es válida sólo si H0S y U0 conmutan.
  • Cohen-Tannoudji, Claude; Diu, Bernard; Laloe, Frank (1991) (en inglés). Quantum Mechanics. Wiley-Interscience. ISBN 0-471-16433-X.  Capítulo GIII.

Wikimedia foundation. 2010.

Mira otros diccionarios:

  • Evolución de los dinosaurios — Saltar a navegación, búsqueda Evolucion de los dinosaurios[1] Los dinosaurios evolucionaron de los arcosaurios hace 232 234 Ma (millione …   Wikipedia Español

  • Evolución humana — Antepasados de Homo sapiens Anterior al género Homo Primeros Homininos Sahelanthropus tchadensis Orrorin tugenensis Ardipithecus kadabba Ardipithecus ramidus Australopithecus Australopithecus anamensis Australopithecus bahrelghazali Austral …   Wikipedia Español

  • Mecánica cuántica — Imagen ilustrativa de la dualidad onda partícula, en el cual se puede ver cómo un mismo fenómeno puede tener dos percepciones distintas. La mecánica cuántica[1] [2] es …   Wikipedia Español

  • Meteorología — Imagen satelital del Huracán Hugo. La meteorología (del griego μετέωρον (meteoron): ‘alto en el cielo’, meteoro; y λόγος (logos): ‘conocimiento, tratado’) es la ciencia interdisciplinaria, fundamentalmente una rama de la Física de la atmósfera,… …   Wikipedia Español

  • Cronología del Big Bang — Esta cronología del Big Bang describe los eventos que han ocurrido y ocurrirán de acuerdo a la teoría del Big Bang, utilizando el parámetro del tiempo cosmológico como las coordenadas comóviles.[1] Las observaciones sugieren que el universo como… …   Wikipedia Español

  • Ailuropoda melanoleuca —   Oso panda …   Wikipedia Español

  • Historiografía — Mujer escribiendo, de Johannes Vermeer. La historiografía, también denominada ciencia histórica …   Wikipedia Español

  • Láser ultra intenso — Figura 1: Evolución temporal de la intensidad del láser[1] Aunque especificar una división puede ser bastante arbitrario, se puede considerar como láser ultra intenso a aquel con el que se pueden conseguir intensidades superiores a los 1015 W cm… …   Wikipedia Español

  • Sincronía — Para otros usos de este término, véase Sincrónico (grupo). La voz sincronía proviene de la etimología griega syn, con, juntamente, a la vez , y de la mitología griega, Chronos o Khronos (en griego Χρόνος), tiempo . En latín Chronus. Se entiende… …   Wikipedia Español

  • GRAIL — Imagen artística del tándem de naves GRAIL sobre la superficie lunar Organización NASA / Laboratorio de propulsión a chorro (JPL) Contratos principales Loc …   Wikipedia Español

Compartir el artículo y extractos

Link directo
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”