为了便利分析,位于下标的符号
H
{\displaystyle {}_{\mathcal {H}}}
、
I
{\displaystyle {}_{\mathcal {I}}}
、
S
{\displaystyle {}_{\mathcal {S}}}
分别标记海森堡绘景、狄拉克绘景、薛丁格绘景。
通过对于基底 的一种幺正变换 ,算符和态向量在狄拉克绘景里的形式与在薛丁格绘景里的形式相关联。
在量子力学里,对于大多数案例的哈密顿量 ,通常无法找到薛丁格方程式 的精确解,只有少数案例可以找到精确解。因此,为了要能够解析其它没有精确解的案例,必须将薛丁格绘景里的哈密顿量
H
S
{\displaystyle H_{\mathcal {S}}\,\!}
分成两个部分,[ 1] :337-339
H
S
=
H
0
,
S
+
H
1
,
S
{\displaystyle H_{\mathcal {S}}=H_{0,\,{\mathcal {S}}}+H_{1,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
;
其中,
H
0
,
S
{\displaystyle H_{0,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
有精确解,有广泛知悉的物理行为,而
H
1
,
S
{\displaystyle H_{1,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
则通常没有精确解,是对于系统的微扰 。
假若哈密顿量
H
S
{\displaystyle H_{\mathcal {S}}\,\!}
含时(例如,感受到时变外电场 作用的量子系统,其哈密顿量会含时),则通常会将显性 含时部分放在
H
1
,
S
{\displaystyle H_{1,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
里。这样,
H
0
,
S
{\displaystyle H_{0,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
不含时,而时间演化算符
U
(
t
)
{\displaystyle U(t)\,\!}
的公式可以简单地表示为
U
(
t
)
=
e
−
i
H
0
,
S
t
/
ℏ
{\displaystyle U(t)=e^{-iH_{0,\,{\mathcal {S}}}\,t/\hbar }\,\!}
;
其中,
t
{\displaystyle t\,\!}
是时间。
假若对于某些案例,
H
0
,
S
{\displaystyle H_{0,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
应该设定为含时,则时间演化算符 的公式会变得较为复杂:[ 1] :70-71
U
(
t
)
=
e
−
i
ℏ
∫
0
t
H
0
,
S
(
t
′
)
d
t
′
{\displaystyle U(t)=e^{-{\frac {i}{\hbar }}\int \limits _{0}^{t}H_{0,\,{\mathcal {S}}}(t^{'})\,dt^{'}}\,\!}
。
本条目以下内容假设
H
0
,
S
{\displaystyle H_{0,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
不含时。
在狄拉克绘景里,态向量
|
ψ
(
t
)
⟩
I
{\displaystyle |\psi (t)\rangle _{\mathcal {I}}\,\!}
定义为
|
ψ
(
t
)
⟩
I
=
d
e
f
e
i
H
0
,
S
t
/
ℏ
|
ψ
(
t
)
⟩
S
{\displaystyle |\psi (t)\rangle _{\mathcal {I}}{\stackrel {def}{=}}e^{iH_{0,\,{\mathcal {S}}}\,t/\hbar }|\psi (t)\rangle _{\mathcal {S}}\,\!}
;
其中,
|
ψ
(
t
)
⟩
S
{\displaystyle |\psi (t)\rangle _{\mathcal {S}}\,\!}
是在薛丁格绘景里的态向量。
由于在薛丁格绘景里, 态向量
|
ψ
(
t
)
⟩
S
{\displaystyle |\psi (t)\rangle _{\mathcal {S}}\,\!}
与时间的关系为
|
ψ
(
t
)
⟩
S
=
e
−
i
H
S
t
/
ℏ
|
ψ
(
0
)
⟩
S
{\displaystyle |\psi (t)\rangle _{\mathcal {S}}=e^{-iH_{\mathcal {S}}\,t/\hbar }|\psi (0)\rangle _{\mathcal {S}}\,\!}
,
所以,在
H
0
,
S
,
H
S
{\displaystyle H_{0,{\mathcal {S}}},H_{\mathcal {S}}}
对易的条件下,可以有
|
ψ
(
t
)
⟩
I
=
e
−
i
H
1
,
S
t
/
ℏ
|
ψ
(
0
)
⟩
S
{\displaystyle |\psi (t)\rangle _{\mathcal {I}}=e^{-iH_{1,\,{\mathcal {S}}}\,t/\hbar }|\psi (0)\rangle _{\mathcal {S}}\,\!}
。
在狄拉克绘景里的算符
A
I
(
t
)
{\displaystyle A_{\mathcal {I}}(t)\,\!}
定义为
A
I
(
t
)
=
e
i
H
0
,
S
t
/
ℏ
A
S
(
t
)
e
−
i
H
0
,
S
t
/
ℏ
{\displaystyle A_{\mathcal {I}}(t)=e^{iH_{0,\,{\mathcal {S}}}\,t/\hbar }A_{\mathcal {S}}(t)\,e^{-iH_{0,\,{\mathcal {S}}}\,t/\hbar }\,\!}
;
其中,
A
S
(
t
)
{\displaystyle A_{\mathcal {S}}(t)\,\!}
是在薛丁格绘景里对应的算符。
(请注意,
A
S
(
t
)
{\displaystyle A_{\mathcal {S}}(t)\,\!}
通常不含时间,可以重写为
A
S
{\displaystyle A_{\mathcal {S}}\,\!}
。反例,对于时变外电场的状况,哈密顿算符
H
S
(
t
)
{\displaystyle H_{\mathcal {S}}(t)\,\!}
含时。)
假若
H
0
,
S
{\displaystyle H_{0,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
不含时,则
H
0
,
S
{\displaystyle H_{0,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
与
e
i
H
0
,
S
t
/
ℏ
{\displaystyle e^{iH_{0,\,{\mathcal {S}}}\,t/\hbar }\,\!}
对易 ,不论在薛丁格绘景里或在狄拉克绘景里,
H
0
,
S
{\displaystyle H_{0,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
与
H
0
,
I
{\displaystyle H_{0,\,{\mathcal {I}}}\,\!}
的形式都是一样:[ 注 1]
H
0
,
I
(
t
)
=
e
i
H
0
,
S
t
/
ℏ
H
0
,
S
e
−
i
H
0
,
S
t
/
ℏ
=
H
0
,
S
{\displaystyle H_{0,\,{\mathcal {I}}}(t)=e^{iH_{0,\,{\mathcal {S}}}\,t/\hbar }H_{0,\,{\mathcal {S}}}\,e^{-iH_{0,\,{\mathcal {S}}}\,t/\hbar }=H_{0,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
。
所以,算符
H
0
,
S
{\displaystyle H_{0,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
与
H
0
,
I
{\displaystyle H_{0,\,{\mathcal {I}}}\,\!}
都可以简略标记为
H
0
{\displaystyle H_{0}\,\!}
,不会造成歧意。
哈密顿算符的微扰成分
H
1
,
I
{\displaystyle H_{1,\,{\mathcal {I}}}\,\!}
是
H
1
,
I
(
t
)
=
e
i
H
0
,
S
t
/
ℏ
H
1
,
S
e
−
i
H
0
,
S
t
/
ℏ
{\displaystyle H_{1,\,{\mathcal {I}}}(t)=e^{iH_{0,\,{\mathcal {S}}}\,t/\hbar }H_{1,\,{\mathcal {S}}}\,e^{-iH_{0,\,{\mathcal {S}}}\,t/\hbar }\,\!}
;
除非对易关系式
[
H
1
,
S
,
H
0
,
S
]
=
0
{\displaystyle [H_{1,\,{\mathcal {S}}},H_{0,\,{\mathcal {S}}}]=0\,\!}
,在狄拉克绘景里,
H
1
,
I
{\displaystyle H_{1,\,{\mathcal {I}}}\,\!}
含时。
与算符类似,在薛丁格绘景里的密度矩阵 也可以变换到在狄拉克绘景里。设定
ρ
I
{\displaystyle \rho _{\mathcal {I}}\,\!}
和
ρ
S
{\displaystyle \rho _{\mathcal {S}}\,\!}
分别为在狄拉克绘景里和在薛丁格绘景里的密度矩阵。假若,处于量子态
|
ψ
n
⟩
{\displaystyle |\psi _{n}\rangle \,\!}
的机率是
p
n
{\displaystyle p_{n}\,\!}
,则
ρ
I
(
t
)
=
∑
n
p
n
|
ψ
n
(
t
)
⟩
I
I
⟨
ψ
n
(
t
)
|
=
∑
n
p
n
e
i
H
0
,
S
t
/
ℏ
|
ψ
n
(
t
)
⟩
S
S
⟨
ψ
n
(
t
)
|
e
−
i
H
0
,
S
t
/
ℏ
=
e
i
H
0
,
S
t
/
ℏ
ρ
S
(
t
)
e
−
i
H
0
,
S
t
/
ℏ
{\displaystyle {\begin{aligned}\rho _{\mathcal {I}}(t)&=\sum _{n}p_{n}|\psi _{n}(t)\rangle _{\mathcal {I}}\,{}_{\mathcal {I}}\langle \psi _{n}(t)|\\&=\sum _{n}p_{n}\,e^{iH_{0,\,{\mathcal {S}}}\,t/\hbar }|\psi _{n}(t)\rangle _{\mathcal {S}}\,{}_{\mathcal {S}}\langle \psi _{n}(t)|e^{-iH_{0,\,{\mathcal {S}}}\,t/\hbar }\\&=e^{iH_{0,\,{\mathcal {S}}}\,t/\hbar }\rho _{\mathcal {S}}(t)\,e^{-iH_{0,\,{\mathcal {S}}}\,t/\hbar }\\\end{aligned}}\,\!}
。