квантовая наблюдаемая

Ква́нтовая наблюда́емая (наблюда́емая ква́нтовой систе́мы, иногда просто наблюда́емая) является линейным самосопряжённым оператором, действующим на сепарабельном (комплексном) гильбертовом пространстве чистых состояний квантовой системы. В интуитивном физическом понимании норма оператора наблюдаемой представляет собой наибольшую абсолютную величину измеряемого числового значения физической величины. Иногда вместо термина «наблюдаемая» используют «динамическая величина», «физическая величина».Однако температура и время являются физическими величинами, но не являются наблюдаемыми в квантовой механике. Тот факт, что квантовым наблюдаемым сопоставляются линейные операторы, ставит проблему связи этих математических объектов с экспериментальными данными, которые являются вещественными числами. На опыте измеряются вещественные числовые значения, соответствующие наблюдаемой в заданном состоянии. Важнейшими характеристиками распределения числовых значений на вещественной прямой являются среднее значение наблюдаемой и дисперсия наблюдаемой. Обычно постулируют, что возможные числовые значения квантовой наблюдаемой, которые могут быть измерены экспериментально, являются собственными значениями оператора этой наблюдаемой. Говорят, что наблюдаемая в состоянии имеет точное значение, если дисперсия равна нулю . Другое определение квантовой наблюдаемой: наблюдаемыми квантовой системы являются самосопряжённые элементы -алгебры. Использование структуры -алгебры позволяет сформулировать классическую механику аналогично квантовой. При этом для некоммутативных -алгебр, описывающих квантовые наблюдаемые, имеет место теорема Гельфанда — Наймарка: любая -алгебра может быть реализована алгеброй ограниченных операторов, действующих в некотором гильбертовом пространстве. Для коммутативных -алгебр, описывающих классические наблюдаемые, имеем следующую теорему: всякая коммутативная -алгебра изоморфна алгебре непрерывных функций, заданных на компактном множестве максимальных идеалов алгебры . В квантовой механике часто постулируется следующее утверждение. Каждой паре наблюдаемых и соответствует наблюдаемая , устанавливающая нижнюю грань одновременной (для одного и того же состояния) измеримости и , в том смысле, что , где — дисперсия наблюдаемой, равная . Это утверждение, называемое принципом неопределённости, выполняется автоматически, если и являются самосопряжёнными элементами -алгебры. При этом принцип неопределённости принимает свою обычную форму, где . Понятия квантовой наблюдаемой и квантового состояния являются дополнительными, дуальными.Эта дуальность связана с тем, что в опыте определяются лишь средние значения наблюдаемых, а в это понятие входит и понятие наблюдаемой, и понятие состояния. Если эволюция квантовой системы во времени полностью характеризуется её гамильтонианом, то уравнением эволюции наблюдаемой является уравнение Гейзенберга. Уравнение Гейзенберга описывает изменение квантовой наблюдаемой гамильтоновой системы с течением времени. В классической механике наблюдаемой называется вещественная гладкая функция, определённая на гладком вещественном многообразии, описывающем чистые состояния классической системы. Между классическими и квантовыми наблюдаемыми существует взаимосвязь. Обычно полагают, что задать процедуру квантования означает установить правило, согласно которому каждой наблюдаемой классической системе, то есть функции на гладком многообразии, ставится в соответствие некоторая квантовая наблюдаемая. В квантовой механике наблюдаемыми считаются операторы в гильбертовом пространстве. В качестве гильбертова пространства обычно выбирают комплексное бесконечномерное сепарабельное гильбертово пространство. Сама функция, соответствующая данному оператору, при этом называется символом оператора.