¿Se usan tensores en alguna parte de la mecánica cuántica?

Al igual que el momento es un observable que es un vector, uno puede tener cantidades observables que son tensores (lo que realmente significa que son combinaciones observables de otras cantidades; es posible que no pueda medirlas, al igual que no puede medir todo el ángulo ¡pseudo-vector de impulso a la vez!) Un ejemplo sería el tensor de energía de estrés de GR, o el tensor de campo electromagnético.

Además, siempre que tenga múltiples sistemas independientes (pero que posiblemente interactúen) (es decir, dos sistemas que tengan todos sus estados especificados de alguna manera, con respecto a los cuales el hamiltoniano no tiene que ser diagonal o incluso existir para un sistema individual), su espacio de estado combinado es el producto tensorial de los espacios de estado individuales. Ejemplo: un protón tiene dos estados (arriba / abajo), al igual que un electrón, por lo que el espacio de estado de un protón H corresponde al producto tensorial de los estados de protón arriba / abajo y los estados de electrón arriba / abajo. En este sentido, los productos tensoriales son importantes, aunque su resultado final sigue siendo un espacio vectorial, al igual que las “matrices mxn” forman un espacio vectorial porque se pueden sumar y multiplicar por números, al igual que los tensores “(tamaño fijo)”.

El análisis y cálculo de vectores y tensores son muy importantes en la mecánica cuántica, especialmente en los problemas de simetría y transformación rotacional.
Por supuesto, el escalar es un tensor de rango cero y el vector es un escalar de rango uno. También estos tensores también son importantes en la teoría cuántica de campos, que es la teoría básica para la teoría del Modelo Estándar.

Sí, todos los vectores de estado cuántico (funciones de onda en el espacio de posición) son en realidad tensores. El vector en sí mismo es un tensor de rango 1, pero cuando combina los espacios, los “vectores” de estado se convierten en tensores de orden superior.

Por ejemplo, el oscilador armónico unidimensional tiene estados propios correspondientes a un conjunto de funciones de onda [matemáticas] \ phi_n [/ matemáticas] que tienen valores propios de energía [matemáticas] \ hbar \ omega_0 (n + 1/2) [/ matemáticas] con [matemáticas ] n = 1,2,3,… [/ matemáticas]. Por lo tanto, un sistema de dos osciladores armónicos idénticos tiene estados propios que son solo productos tensoriales de los estados del oscilador único,

[matemáticas] \ Phi_ {mn} = \ phi_n \ phi_m [/ matemáticas]

con valores propios de energía [matemática] \ hbar \ omega_0 (n + m + 1) [/ matemática]. Además, cualquier estado general de estos dos osciladores puede expresarse como combinaciones lineales de estos tensores,

[matemáticas] \ Psi = \ sum_ {m, n} C_ {m, n} \ Phi_ {m, n} = \ sum_ {m, n} C_ {m, n} \ phi_n \ phi_m [/ math]

Los coeficientes [matemática] C_ {m, n} [/ matemática] dan la representación del tensor de estado en la base propia del oscilador hamiltoniano.