- 時間に依存しない摂動論 縮退のある場合
- 式(5.75)の導出
- 式(5.76)の導出
- 式(1)の導出
- 式(2)の導出
- 式(5.77)の導出
- 式(1)の導出
- 式(2)の導出
現代の量子力学の行間埋め 第5章
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p.407下部より\(P_0+P_1=1\)になることを用いる。
\begin{eqnarray}
(E-H_0-\lambda V)\ket{l}
&=&
(E-H_0-\lambda V)P_0\ket{l}+(E-H_0-\lambda V)P_1\ket{l}
\end{eqnarray}
が得られる。ここで、\(P_0\)が\(\{\ket{m^{(0)}}\}\)で定義される空間への射影演算子であるため、p.22の射影演算子の議論より
\begin{eqnarray}
P_0=\displaystyle\sum_{m\in D}\ketbra{m^{(0)}}{m^{(0)}}
\end{eqnarray}
であることから、
\begin{eqnarray}
H_0P_0
&=&
\displaystyle\sum_{m\in D}H_0\ketbra{m^{(0)}}{m^{(0)}} \\ \\
&=&
\displaystyle\sum_{m\in D}E_D^{(0)}\ketbra{m^{(0)}}{m^{(0)}}&...&\text{p.407中段より} \\ \\
&=&
E_D^{(0)}P_0 \\ \\
\end{eqnarray}
となるため、
\begin{eqnarray}
(E-H_0-\lambda V)\ket{l}
&=&
(E-H_0-\lambda V)P_0\ket{l}+(E-H_0-\lambda V)P_1\ket{l} \\ \\
&=&
(E-{\color{red}E_D^{(0)}}-\lambda V)P_0\ket{l}+(E-H_0-\lambda V)P_1\ket{l} \\ \\
\end{eqnarray}
が得られる。
また、式(5.4)より、摂動を表す式なので \begin{eqnarray} (H_0+\lambda V)\ket{l}&=& E\ket{l} \\ \\ \Leftrightarrow(E-H_0-\lambda V)\ket{l}&=&0 \end{eqnarray} となる。
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式(5.76)に左から\(P_0\)を作用させると
\begin{eqnarray}
&&P_0(E-E_D^{(0)}-\lambda V)P_0\ket{l}+P_0(E-H_0-\lambda V)P_1\ket{l}&=&0 \\ \\
&\Leftrightarrow&
(P_0EP_0-P_0E_D^{(0)}P_0-\lambda P_0VP_0)\ket{l}+(P_0EP_1-P_0H_0P_1-\lambda P_0VP_1)\ket{l}&=&0 \\ \\
&\Leftrightarrow&
(E\underbrace{P_0P_0}_{(1)}-E_D^{(0)}\underbrace{P_0P_0}_{(1)}-\lambda P_0VP_0)\ket{l}+(E\underbrace{P_0P_1}_{(2)}-P_0H_0P_1-\lambda P_0VP_1)\ket{l}&=&0 \\ \\
&\Leftrightarrow&
(E\underbrace{P_0}_{(1)}-E_D^{(0)}\underbrace{P_0}_{(1)}-\lambda P_0VP_0)\ket{l}+(E\underbrace{0}_{(2)}-P_0H_0^{\color{red}\dagger}P_1-\lambda P_0VP_1)\ket{l}&=&0&...&\text{ハミルトニアンはエルミート的であるため} \\ \\
&\Leftrightarrow&
(EP_0-E_D^{(0)}P_0-\lambda P_0VP_0)\ket{l}+(-(P_0E_m^{\ast(0)})P_1-\lambda P_0VP_1)\ket{l}&=&0&...&\text{p.407より} \\ \\
&\Leftrightarrow&
(EP_0-E_D^{(0)}P_0-\lambda P_0VP_0)\ket{l}+(-E_m^{\ast(0)}\underbrace{P_0P_1}_{(2)}-\lambda P_0VP_1)\ket{l}&=&0 \\ \\
&\Leftrightarrow&
(EP_0-E_D^{(0)}P_0-\lambda P_0VP_0)\ket{l}+(-\lambda P_0VP_1)\ket{l}&=&0 \\ \\
&\Leftrightarrow&
(E-E_D^{(0)}-\lambda P_0V)P_0\ket{l}-\lambda P_0VP_1\ket{l}&=&0 \\ \\
\end{eqnarray}
と導出できる。
\begin{eqnarray}
P_0P_0
&=&
\displaystyle\sum_{m\in D}\ket{m^{(0)}}\bra{m^{(0)}}\sum_{m^{\prime}\in D}\ket{m^{\prime(0)}}\bra{m^{\prime(0)}} \\ \\
&=&
\displaystyle\sum_{m\in D}\sum_{m^{\prime}\in D}\ket{m^{(0)}}\braket{m^{(0)}|m^{\prime(0)}}\bra{m^{\prime(0)}} \\ \\
&=&
\displaystyle\sum_{m\in D}\sum_{m^{\prime}\in D}\ket{m^{(0)}}\delta_{m^{(0)},m^{\prime(0)}}\bra{m^{\prime(0)}}&...&\text{式(1.60)より} \\ \\
&=&
\displaystyle\sum_{m\in D}\ket{m^{(0)}}\bra{m^{(0)}}&...&\text{クロネッカーのデルタより}m^{\prime(0)}=m^{(0)}\text{とした} \\ \\
&=&
P_0 \\ \\
\end{eqnarray}
となる。
\begin{eqnarray}
P_0P_1
&=&
P_0(1-P_0) \\ \\
&=&
P_0-P_0P_0 \\ \\
&=&
P_0-P_0&...&\text{式(1)より} \\ \\
&=&
0
\end{eqnarray}
となる。
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式(5.76)に左から\(P_1\)を作用させると
\begin{eqnarray}
&&P_1(E-E_D^{(0)}-\lambda V)P_0\ket{l}+P_1(E-H_0-\lambda V)P_1\ket{l}&=&0 \\ \\
&\Leftrightarrow&
(P_1EP_0-P_1E_D^{(0)}P_0-\lambda P_1VP_0)\ket{l}+(P_1EP_1-P_1H_0P_1-\lambda P_1VP_1)\ket{l}&=&0 \\ \\
&\Leftrightarrow&
(E\underbrace{P_1P_0}_{(1)}-E_D^{(0)}\underbrace{P_1P_0}_{(1)}-\lambda P_1VP_0)\ket{l}+(E\underbrace{P_1P_1}_{(2)}-P_1H_0P_1-\lambda P_0VP_1)\ket{l}&=&0 \\ \\
&\Leftrightarrow&
(E\underbrace{0}_{(1)}-E_D^{(0)}\underbrace{0}_{(1)}-\lambda P_0VP_0)\ket{l}+(E\underbrace{P_1}_{(2)}-P_1H_0P_1-\lambda P_1VP_1)\ket{l}&=&0 \\ \\
&\Leftrightarrow&
-\lambda P_1VP_0\ket{l}+(EP_1-(1-P_0)HP_1-\lambda P_1VP_1)\ket{l}&=&0&...&\text{p.407より} \\ \\
&\Leftrightarrow&
-\lambda P_1VP_0\ket{l}+(EP_1-HP_1+(P_0H^{\color{red}\dagger})P_1-\lambda P_1VP_1)\ket{l}&=&0&...&\text{ハミルトニアンはエルミート的であるため} \\ \\
&\Leftrightarrow&
-\lambda P_1VP_0\ket{l}+(EP_1-HP_1+(P_0E_m^{\ast(0)})P_1-\lambda P_1VP_1)\ket{l}&=&0&...&\text{p.407より} \\ \\
&\Leftrightarrow&
-\lambda P_1VP_0\ket{l}+(EP_1-HP_1+(E_m^{\ast(0)})\underbrace{P_0P_1}_{(1)}-\lambda P_1VP_1)\ket{l}&=&0\\ \\
&\Leftrightarrow&
-\lambda P_1VP_0\ket{l}+(E-H-\lambda P_1V)P_1\ket{l}&=&0\\ \\
\end{eqnarray}
と導出できる。
\begin{eqnarray}
P_1P_0
&=&
(1-P_0)P_0 \\ \\
&=&
P_0-P_0P_0 \\ \\
&=&
P_0-P_0&...&(\ast) \\ \\
&=&
0
\end{eqnarray}
となる。\((\ast)\)は「式(5.76)の導出」より。
\begin{eqnarray}
P_1P_1
&=&
(1-P_0)(1-P_0)&...&\text{p.407下より} \\ \\
&=&
1-2P_0+P_0P_0\\ \\
&=&
1-2P_0+P_0&...&(\ast)\\ \\
&=&
1-P_0 \\ \\
&=&
P_1
\end{eqnarray}
となる。\((\ast)\)は「式(5.76)の導出」より。