量子力学形式论
量子物理通常使用线性代数来做数学表述。每一种量子系统都有其对应的希尔伯特空间,其量子态都可以用对应的希尔伯特空间里的矢量来表现,这矢量称为态矢量。假若,某态矢量是另外一个态矢量的标量倍数,则这两个态矢量都对应于同样的量子态。因此,态矢量的范数不具有物理意义,只有方向具有物理意义。
假若将态矢量归一化,所有态矢量的范数都等于1,则所有态矢量的集合是希尔伯特空间的单位球。假若,两个归一化态矢量的唯一不同之处是它们的相位因子,则这两个态矢量代表同样的量子态。
狄拉克标记
在量子力学里,数学运算时常用到线性算符、内积、对偶空间与厄米共轭等概念。为了让运算更加简易、更加抽象,为了让使用者不需要选择表现空间,保罗·狄拉克发明了狄拉克标记。这种标记法能够精准地表示各种各样的量子态与其相关运算,简略表述如下:
● 矢量的标记形式为

;其中可以是任何符号,字母,数字,或单字。这与一般的数学标记形式显然地不同;通常,矢量是以粗体字母,或者在上方加了一个矢号的字母来标记。
● 称矢量为“右矢”。
● 对于每一个右矢

,都独特地存在一个对应的左矢

,左矢与右矢指的是同一个量子态。在数学里,左矢与右矢分别是彼此的厄米共轭,左矢属于另外一个希尔伯特空间,称为对偶空间。假设右矢

的维度为有限值,则可以将右矢写为竖排,左矢写为横排;取右矢的厄米共轭(即取转置运算加上共轭复数运算),就可以得到左矢。
● 左矢

与右矢的内积,可以写为

。这内积的物理意义为在量子态

里找到量子态

的概率幅。