為了便利分析,位於下標的符號
H
{\displaystyle {}_{\mathcal {H}}}
、
I
{\displaystyle {}_{\mathcal {I}}}
、
S
{\displaystyle {}_{\mathcal {S}}}
分別標記海森堡繪景、狄拉克繪景、薛定諤繪景。
通過對於基底 的一種么正變換 ,算符和態向量在狄拉克繪景裏的形式與在薛定諤繪景裏的形式相關聯。
在量子力學裏,對於大多數案例的哈密頓量 ,通常無法找到薛定諤方程式 的精確解,只有少數案例可以找到精確解。因此,為了要能夠解析其它沒有精確解的案例,必須將薛定諤繪景裏的哈密頓量
H
S
{\displaystyle H_{\mathcal {S}}\,\!}
分成兩個部分,[ 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}}}\,\!}
有精確解,有廣泛知悉的物理行為,而
H
1
,
S
{\displaystyle H_{1,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
則通常沒有精確解,是對於系統的微擾 。
假若哈密頓量
H
S
{\displaystyle H_{\mathcal {S}}\,\!}
含時(例如,感受到時變外電場 作用的量子系統,其哈密頓量會含時),則通常會將顯性 含時部分放在
H
1
,
S
{\displaystyle H_{1,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
裏。這樣,
H
0
,
S
{\displaystyle H_{0,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
不含時,而時間演化算符
U
(
t
)
{\displaystyle U(t)\,\!}
的公式可以簡單地表示為
U
(
t
)
=
e
−
i
H
0
,
S
t
/
ℏ
{\displaystyle U(t)=e^{-iH_{0,\,{\mathcal {S}}}\,t/\hbar }\,\!}
;
其中,
t
{\displaystyle t\,\!}
是時間。
假若對於某些案例,
H
0
,
S
{\displaystyle H_{0,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
應該設定為含時,則時間演化算符 的公式會變得較為複雜:[ 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^{'}}\,\!}
。
本條目以下內容假設
H
0
,
S
{\displaystyle H_{0,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
不含時。
態向量
在狄拉克繪景裏,態向量
|
ψ
(
t
)
⟩
I
{\displaystyle |\psi (t)\rangle _{\mathcal {I}}\,\!}
定義為
|
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}}\,\!}
是在薛定諤繪景裏的態向量。
由於在薛定諤繪景裏, 態向量
|
ψ
(
t
)
⟩
S
{\displaystyle |\psi (t)\rangle _{\mathcal {S}}\,\!}
與時間的關係為
|
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}}}
對易的條件下,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}}\,\!}
。
算符
在狄拉克繪景裏的算符
A
I
(
t
)
{\displaystyle A_{\mathcal {I}}(t)\,\!}
定義為
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)\,\!}
是在薛定諤繪景裏對應的算符。
(請注意,
A
S
(
t
)
{\displaystyle A_{\mathcal {S}}(t)\,\!}
通常不含時間,可以重寫為
A
S
{\displaystyle A_{\mathcal {S}}\,\!}
。反例,對於時變外電場的狀況,哈密頓算符
H
S
(
t
)
{\displaystyle H_{\mathcal {S}}(t)\,\!}
含時。)
哈密頓算符
假若
H
0
,
S
{\displaystyle H_{0,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
不含時,則
H
0
,
S
{\displaystyle H_{0,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
與
e
i
H
0
,
S
t
/
ℏ
{\displaystyle e^{iH_{0,\,{\mathcal {S}}}\,t/\hbar }\,\!}
對易 ,不論在薛定諤繪景裏或在狄拉克繪景裏,
H
0
,
S
{\displaystyle H_{0,\,{\mathcal {S}}}\,\!}
與
H
0
,
I
{\displaystyle H_{0,\,{\mathcal {I}}}\,\!}
的形式都是一樣:[ 註 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}}}\,\!}
與
H
0
,
I
{\displaystyle H_{0,\,{\mathcal {I}}}\,\!}
都可以簡略標記為
H
0
{\displaystyle H_{0}\,\!}
,不會造成歧意。
哈密頓算符的微擾成分
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 }\,\!}
;
除非對易關係式
[
H
1
,
S
,
H
0
,
S
]
=
0
{\displaystyle [H_{1,\,{\mathcal {S}}},H_{0,\,{\mathcal {S}}}]=0\,\!}
,在狄拉克繪景裏,
H
1
,
I
{\displaystyle H_{1,\,{\mathcal {I}}}\,\!}
含時。
密度矩陣
與算符類似,在薛定諤繪景裏的密度矩陣 也可以變換到在狄拉克繪景裏。設定
ρ
I
{\displaystyle \rho _{\mathcal {I}}\,\!}
和
ρ
S
{\displaystyle \rho _{\mathcal {S}}\,\!}
分別為在狄拉克繪景裏和在薛定諤繪景裏的密度矩陣。假若,處於量子態
|
ψ
n
⟩
{\displaystyle |\psi _{n}\rangle \,\!}
的機率是
p
n
{\displaystyle p_{n}\,\!}
,則
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}}\,\!}
。