美文网首页
2.2 薛定谔的静态解 Stationary solutions

2.2 薛定谔的静态解 Stationary solutions

作者: 莎野椰 | 来源:发表于2020-05-24 19:37 被阅读0次

https://www.youtube.com/watch?v=qEgv9gL8ozo&list=PL65jGfVh1ilueHVVsuCxNXoxrLI3OZAPI&index=14

前言

这个Lecture讲静态薛定谔方程

1. 静态

  • 静态的第一种解释
    承接上文对波函数的假设:波函数可以写为时间相关 or 不相关函数的点乘
    \Psi(x,t) = X(x) e^{-\frac{iE}{\hbar} t}
    \because \rho(x) = |\Psi|^2 = \Psi^* \Psi,将上式带入密度公式中
    \Rightarrow \rho = X^* e^{\frac{iE}{\hbar} t} \cdot X e^{-\frac{iE}{\hbar} t}
    =X^*X
    注意这个公式把时间有关的量约掉了,所以是一个时间不相关的静态(注意:这是建立在假设波函数=time和position相关的两个函数的点乘形式)
  • 静态的第二种解释
    \langle \hat Q \rangle = \int X^* e^{\frac{iE}{\hbar} t} \hat Q X e^{-\frac{iE}{\hbar} t} dx
    \because \hat Q 是与时间无关的算符,所以e^{-\frac{iE}{\hbar} t}可以在算符两边随意移动
    \therefore = \int X^* \hat Q X dx
    **注意,以上变化方法仅适用于不包含\partial / \partial t的算符,如 \hat x = x\Box,\ \hat p = \partial \Box /\partial x, \hat{KE}=...

2. 静态和能量

  • 空间部分,TISE
    \hat H X = E X
    \langle \hat H \rangle = \int X^* \hat H X dx
    =\int X^*EXdx\ = E\int X^* X dx \ \ \ \Rightarrow \ \ \ \langle \hat H \rangle = E
    上式就证明了,对于Time-independent算符H而言,H的期望就是能量。
  • 方差
    • \sigma_{\hat H}^2 = \langle \hat{H}^2 \rangle - \langle \hat H \rangle^2
      \langle \hat{H}^2 \rangle = \int X^* \hat{H}^2 X dx
      = \int X^* \hat{H} (\hat H X) dx
      = \int X^* \hat H E X dx
      继续用薛定谔方程替换
      = E\int X^*EX dx
      = E^2 \int X^* X dx
      \because 归一化
      = E^2
      同理可得
      \sigma_{\hat H}^2 = E^2 - E^2 = 0
    • 注意:以上方差等于0证明,对于time-independent算符和position相关“波函数”,能量E是唯一确定的,没有任何偏差
  • 上面的方差推导究竟意味着什么?
    回顾能量测不准定律
    \underbrace{\Delta E}_0 \cdot \underbrace{\Delta t}_{\infty} \geq \hbar/2
    如果要满足上述测不准定律的话,\Delta E = 0, 那么\Delta t \rightarrow \infty,就是说这个物体会永远存在!!!

个人思考:以上证明建立在以下两个假设之上:
(1)波函数可以被分解为time-dependent部分和time-dependent部分的点乘
(2)算符H是time-independent算符
结论:\langle \hat H \rangle=E;\sigma_{\hat H}^2 = 0
文字解释:哈密顿量的期望就是能量,哈密顿量的方差等于0,Matter的能量唯一确定,Matter永远存在,Matter的任何行为都可以预测!

相关文章

网友评论

      本文标题:2.2 薛定谔的静态解 Stationary solutions

      本文链接:https://www.haomeiwen.com/subject/rpnjahtx.html