Exemples

ExempleFonctions et valeurs propres de l'opérateur de dérivation par rapport à x

Imaginons une particule se déplaçant sur un axe \(\textrm Ox\) et considérons l'opérateur correspondant à la quantité de mouvement :

\(\mathbf{\hat G=-\textrm i.\hbar.\frac{\partial}{\partial x}}\)

et les fonctions du type \(\mathrm{f(x)=\exp(\textrm i.\alpha.x)}\)\(\alpha\) est un nombre réel quelconque. Il vient :

\(\mathbf{\hat G.\exp(\textrm i.\alpha.x)=\alpha.\hbar.\exp(\textrm i.\alpha.x)}\)

Les fonctions du type \(\exp(\textrm i.\alpha.x)\) sont fonctions propres de l'opérateur quantité de mouvement, de valeurs propres \(\alpha.\hbar\).

Interprétation :

Lorsque l'on mesure la quantité de mouvement d'une particule, on obtient un nombre (que l'on appellera \(\alpha.\hbar\)). Lors de la mesure, on a précipité la particule dans l'état quantique propre \(\exp(\textrm i.\alpha.x)\).

Après la mesure, cet état évolue au cours du temps.

ExempleFonctions et valeurs propres de l'opérateur position

Considérons les fonctions \(\mathrm{\delta(x,x_0)}\) définies par :

  • \(\mathrm{\delta(x_0,x_0)=1}\),

  • \(\mathrm{\delta(x,x_0)=0}\) si \(\textrm x\) est différent de \(\mathrm{x_0}\).

Ces fonctions sont fonctions propres de l'opérateur position \(\mathrm{\hat x}\) :

\(\mathbf{\hat x.\delta(x,x_0)=x_0.\delta(x,x_0)}    \forall \mathrm{x_0}\)

Interprétation :

Lorsque l'on mesure la position d'une particule, on obtient un nombre (que l'on appellera \(\mathrm{x_0}\)).

Lors de la mesure, on a précipité la particule dans l'état quantique propre \(\mathrm{\delta(x,x_0)}\).

Après la mesure, cet état évolue aussi au cours du temps.

Remarque

Une fonction propre de la position n'est pas fonction propre de la quantité de mouvement. Si on mesure \(\mathrm{x_0}\), on "crée" l'état \(\mathrm{\delta(x,x_0)}\) pour lequel on ne sait pas quelle est la valeur de \(\mathrm{p_x}\) avec certitude.

Inversement si on mesure une quantité de mouvement \(\alpha.\hbar\), on "crée" l'état \(\mathrm{\exp(\textrm i.\alpha.x)}\) pour lequel on ne connait pas la position de la particule avec certitude.

C'est une traduction du principe d'incertitude de Heisenberg