(14)

Конструкция уравнения (14), включающего сумму операторов, каждый из которых содержит одну переменную, позволяет легко произвести разделение переменных, используя метод Фурье.

5.3. Для этого представим функцию в виде произведения

, (15)

умножим обе части уравнения (14) слева на и перегруппируем слагаемые, включающие разные переменные:

(16)

Переменные и полностью разделились, поэтому правую и левую его части можно приравнять одной и той же постоянной. В результате получится два независимых уравнения

(17)

(18)

5.4. Уравнение (17) – это уравнение Шредингера для плоского ротатора, где , и решение его было предметом обсуждения в разделе 3.2:

, где (19)

причём квантовое число m связано с квантованием проекции момента импульса на ось z, так как изменение угла описывает вращение вокруг этой оси:

6. Множитель пока ещё не раскрыт, однако ясно, что каждая волновая функция отвечает состоянию с некоторым определенным фиксированным квадратом момента импульса или, что то же самое, с фиксированным модулем момента импульса. Обратим внимание читателя на то, что все преобразования, начавшись как векторные, завершаются расчетами в скалярной форме, и понятно, что из таких расчётов естественном путём вытекает квантование абсолютного значения векторной величины в виде квантования ее квадрата. Необходимое квантовое число назовем l и далее получим его значение.

7. Напоминаем, что волновые функции являются собственными функция-ми операторов и . На основании уравнений и можно записать

(20)

а из уравнений (4.58) и (4.70) следует

(21)

При вычитании (21) из (20) получаем операторное уравнение (22) с конкретным собственным значением т.е.

. (22)

Целесообразно построить такую последовательность сомножителей из операторов сдвига, которая непосредственно приводила бы к ожидаемому результату (4.91).

8. Для этого исследуем произведение операторов вида

.

Подставляя коммутатор, получим

(23)

Совершенно аналогично

(24)

или при совместной записи

(25)

В этих формулах привлекательно то, что результат произведения двух операторов сдвигов выражается через операторы с действительными собственными значениями, как это следует из сопоставления правых частей уравнений (22) – (20), с одной стороны, и уравнений (20) и (21) – с другой.

9. Все коммутационные соотношения операторов момента импульса и его проекций, найденные в этом разделе, удобно свести в одну таблицу 4.З. . В строках таблицы указаны левые операторы-сомножители, а в столбцах – правые. На пересечении строки и столбца находится коммутатор соответствующих операторов.

Обращаем внимание читателя на антисимметричный характер таблицы коммутаторов относительно главной диагонали, т.е. элементы, одинаково расположенные по разные стороны последней отличаются только знаками. Таким образом, при изменении порядка записи операторов–сомножителей коммутатор меняет знак.

Таблица 1. Коммутаторы операторов момента импульса