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6.变分原理,一维运动的性质

6.变分原理,一维运动的性质

作者: Obj_Arr | 来源:发表于2021-01-25 23:38 被阅读0次

变分原理也能得到薛定谔方程,一种是直接变分,求得极小值,对于变元函数任意的微小改变量,这个解都是稳定的,所以呢,是无条件极值。另一种方法,是条件极值的求法,拉格朗日乘子法,作为求解的额外条件,起到一种限制作用,可以从比较整齐的形式中选取特定的解,作为条件极值。这里的限制条件就是归一化条件。

变分法遇见的次数是真不少,就像一个万能公式公式一般,对一长串的公式变分,就得到形式漂亮的方程了,具体到底怎么算得?不清楚,感觉就是求个导,再令变分量为任意数,剩余的部分自然就为零了。拉格朗日方程,电磁场方程都能通过这种方法推出来。作用量变分原理,物理系统的发展总是朝着使作用量最小的方向。

然后根据这个变分原理,求出来的最小值就是基态了,虽然不知道怎么来的,是因为最稳定吗?然后还能去求别的本征值,和对应的本征函数,此时需要附加上正交性条件,因为基态是可以求出的,在此基础上,递归的求后面的态,正交性条件自然越来越多。

接着是一些原理,首先是基态无节点,也就是说基态在有限坐标下不可能取零,考虑到连续性,所以他是不变号的,由于正交性,其他的态肯定是有节点的了,并且基态是无简并的,因为如果有简并,就能构造出节点出来。对于有限运动而言,界面上波函数肯定是零,不能越界,那么基态就是在这区域内不为零。

然后是一维运动,也就是势能只依赖一个坐标,波函数就是变量分离的,变成这个坐标的波函数和其他坐标的波函数的乘积形式。一维运动具有的性质,第一,离散能级无简并,第二,第一能级是基态E_0,本征函数无节点,第n+1能级E_n的本征函数有n个节点。

考虑能量的取值,他是和势能密切相关的,要比势能最小值大,如果是离散谱的话,又不能超过无穷远处的势能的值。也就是必须是有限运动。

能量取值分为三段,正如图所示,一个是有限运动区,也就0以下的部分,一个单侧无限运动区,0到U_0,双侧无限运动区,U_0以上。这些区域都可以求出波函数的形式,或者说至少有渐进表示式。具体的形式,指数衰减,平面驻波,双向平面波。

对于对称势场,波函数的形式应该是奇函数,或者偶函数。基态波函数就是偶函数,因为不能取零。

最后是连续谱的归一化问题,之前学习的时候,说这种归一化往往会出现发散的积分,无法直接求解,对于一维问题,也会面临发散的问题,这里就通过渐进表示式来避免发散的问题。具体的处理方法感觉还比较让人费解。这种近似处理也是很难去理解的那种了,反正结果有一定的精度就行了。

就到这里了,这一节看得比较难受,因为涉及很多物理风格的东西,不再是精确推导,而是各种近似,差不多,可忽略,这些东西没头没尾的,凭空出现,所以需要默认其正确性,让习惯了数学中严谨推导的人感到不舒服。这也是为什么我之前说物理和数学之间很不一样。不过,这种东西习惯了就好了。

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