狄拉克符號

狄拉克符號或狄拉克標記（英語：Dirac notation）是量子力學中廣泛應用於描述量子態的一套標準符號系統。在這套系統中，每一個量子態都被描述為希爾伯特空間中的態向量，定義為右矢（ket）：${\displaystyle |\psi \rangle }$；每一個右矢的共軛轉置定義為其左矢（bra）；換一種說法，右矢的厄米共軛（即取轉置運算加上共軛複數運算），就可以得到左矢。

此標記法為狄拉克於1939年將「bracket」（括號）這個詞拆開後所造的。^[1]在中國方面，一些舊有的教科書和文獻中也將其譯為「刁矢」和「刃矢」、或「彳矢」和「亍矢」，現已棄用。

矩陣表示

右矢與左矢可分別用N×1階和1×N階矩陣表示為：

${\displaystyle |\psi \rangle ={\begin{pmatrix}\psi _{1}\\\psi _{2}\\\psi _{3}\\\psi _{4}\\\vdots \\\psi _{N}\\\end{pmatrix}}}$

${\displaystyle \langle \psi |={\begin{pmatrix}\psi _{1}^{*},&\psi _{2}^{*},&\psi _{3}^{*},&\psi _{4}^{*},&\cdots ,&\psi _{N}^{*}\end{pmatrix}}}$

不同的兩個態矢量的內積則由一個括號來表示：${\displaystyle \langle \phi |\psi \rangle }$，當狄拉克符號作用於兩個基矢時，所得值為：${\displaystyle \langle e_{i}|e_{j}\rangle =\delta _{ij}}$ （${\displaystyle \delta _{ij}}$為克羅內克函數）

相同的態矢量內積為：${\displaystyle \langle \psi |\psi \rangle =\sum _{i}|\psi _{i}|^{2}}$。

性質

因為每個右矢是複希爾伯特空間中的一個向量，而每個右矢-左矢關係是內積，而直接地可以得到如下的操作方式：

• 給定任何左矢${\displaystyle \langle \phi |}$、右矢${\displaystyle |\psi _{1}\rangle }$以及${\displaystyle |\psi _{2}\rangle }$，還有複數c₁及c₂，則既然左矢是線性泛函，根據線性泛函的加法與純量乘法的定義，

${\displaystyle \langle \phi |\;{\bigg (}c_{1}|\psi _{1}\rangle +c_{2}|\psi _{2}\rangle {\bigg )}=c_{1}\langle \phi |\psi _{1}\rangle +c_{2}\langle \phi |\psi _{2}\rangle }$。

• 給定任何右矢${\displaystyle |\psi \rangle }$、左矢${\displaystyle \langle \phi _{1}|}$以及${\displaystyle \langle \phi _{2}|}$，還有複數c₁及c₂，則既然右矢是線性泛函，

${\displaystyle {\bigg (}c_{1}\langle \phi _{1}|+c_{2}\langle \phi _{2}|{\bigg )}\;|\psi \rangle =c_{1}\langle \phi _{1}|\psi \rangle +c_{2}\langle \phi _{2}|\psi \rangle }$。

• 給定任何右矢${\displaystyle |\psi _{1}\rangle }$及${\displaystyle |\psi _{2}\rangle }$，還有複數c₁及c₂，根據內積的性質（其中c*代表c的複數共軛），

${\displaystyle c_{1}|\psi _{1}\rangle +c_{2}|\psi _{2}\rangle }$與${\displaystyle c_{1}^{*}\langle \psi _{1}|+c_{2}^{*}\langle \psi _{2}|}$對偶。

• 給定任何左矢${\displaystyle \langle \phi |}$及右矢${\displaystyle |\psi \rangle }$，內積的一個公理性質指出

${\displaystyle \langle \phi |\psi \rangle =\langle \psi |\phi \rangle ^{*}}$。

• 給定任何算符${\displaystyle X}$、左矢${\displaystyle \langle \phi |}$及右矢${\displaystyle |\psi \rangle }$，它們之間的合法相乘滿足乘法結合公理，例如，^[2]:16-17

${\displaystyle (|\omega \rangle \langle \phi |)\ |\psi \rangle =|\omega \rangle \ (\langle \phi |\psi \rangle )}$、

${\displaystyle \langle \phi |\ (X|\psi \rangle )=(\langle \phi |X)\ |\psi \rangle }$。

相關條目

• 物理學主題
• 數學主題

• 量子態
• 內積空間
• 角動量圖

參考文獻

1. PAM Dirac. A new notation for quantum mechanics 35 (3). 1939: 416–418 [2014-01-31]. doi:10.1017/S0305004100021162. （原始內容存檔於2013-12-03）. |journal=被忽略 (幫助)
2. Sakukrai, J. J.; Napolitano, Jim, Modern Quantum Mechanics 2nd, Addison-Wesley, 2010, ISBN 978-0805382914