¿Cuál es una explicación intuitiva del operador de proyección en el espacio de Hilbert [matemáticas] | x \ rangle \ langle x | [/ matemáticas] cuando [matemáticas] || x \ rangle | = 1 [/ matemáticas]?

El operador de proyección [math] | x \ rangle \ langle x | [/ math] es un operador que le ofrece la proyección de un vector, digamos [math] | v \ rangle [/ math], en la “dirección” de la vector [math] | x \ rangle [/ math] veces [math] | x \ rangle [/ math], es decir, selecciona el componente del vector [math] | v \ rangle [/ math] que es “paralelo” al vector [matemáticas] | x \ rangle, [/ matemáticas]

[matemáticas] | x \ rangle \ langle x | \ | v \ rangle = \ langle x | v \ rangle | x \ rangle [/ math]

La proyección del vector [math] \ mathbf {u} [/ math] en el vector [math] \ mathbf {v} [/ math] . En la notación de Dirac esto sería [matemáticas] | v \ rangle \ langle v | \ | u \ rangle [/ math] (dividido por [math] \ langle v | v \ rangle [/ math] si [math] | v \ rangle [/ math] no es un vector unitario).

Si eso sigue siendo confuso, demos un paso atrás. Si los vectores [math] | x \ rangle [/ math] forman una base completa en algún espacio vectorial [math] K [/ math], entonces cualquier vector [math] | v \ rangle \ in K [/ math] puede ser expresado como una combinación lineal de estos vectores básicos,

[matemáticas] | v \ rangle = \ sum_ {x} v_x | x \ rangle [/ math]

Si los vectores [math] | x \ rangle [/ math] son ​​ortonormales, entonces los coeficientes están dados simplemente por el producto interno o escalar, [math] v_x = \ langle x | v \ rangle [/ math].

En mecánica cuántica, la mayoría de sus esfuerzos computacionales serán para encontrar estos coeficientes. Si conoce el operador [math] | x \ rangle \ langle x | [/ math], simplemente aplíquelo a su vector [math] | v \ rangle [/ math] y obtendrá el coeficiente multiplicado por un vector unitario , que en conjunto se llama proyección . Entonces, [math] | x \ rangle \ langle x | [/ math] se llama operador de proyección .

En lugar de un espacio de Hilbert de dimensión infinita, piense en un espacio euclidiano d-dimensional finito, y cada uno de los vectores [math] \ left | x \ right \ rangle [/ math] como un vector unitario en cada una de las direcciones. La multiplicación [matemática] \ left \ langle x | y \ right \ rangle [/ math] puede interpretarse como [math] \ hat {x} \ cdot \ vec {y} [/ math], es decir, la proyección de y en La dirección x. Cuando multiplica esto por [math] \ hat {x} [/ math] y suma sobre x, obtiene el vector original.