為什麼全波函式是反對稱的

時間 2021-05-29 22:32:01

1樓:

我想你可能對其中的更深一層的邏輯關係還不夠清楚,我試著講的詳細一點。

在描述費公尺子(電子,質子,中子)組成的多粒子體系中,系統原來的波函式為Ψ

假設兩個粒子處於不同的態ψa和ψb,如果我們交換這兩個粒子的狀態,那麼系統的整體波函式會由Ψ變為‐Ψ,這時我們就叫這個體系的波函式具有交換反對稱

那麼,你想問的應該是為什麼費公尺子組成的系統具有交換反對稱。

對於乙個兩個費公尺子組成的簡單系統。

我們在列本徵方程進行求解的時候,體系的哈密頓量(總算符)為兩個粒子的哈密頓量之和,H=H1+H2;體系的總能量(本徵值)為粒子1和粒子2的能量之和,E=E1+E2;相應的體系的本徵態就為ψa(1)ψb(2)ψa(2)ψb(1).「1和2分別表示兩個粒子」

那麼體系的波函式可以看做兩個本徵態的疊加(態疊加原理),再加上歸一化條件(確定係數)我們可以得到全波函式應該為

Ψ=[ψa(1)ψb(2)+ψa(2)ψb(1)];①

或者Ψ=[ψa(1)ψb(2)‐ψa(2)ψb(1)];②

這兩種都是符合情況的解,哪乙個才是費公尺子體系的全波函式呢?這時,費公尺子體系下的泡利不相容原理規定乙個狀態只能允許乙個粒子出現,也就是說每個粒子的狀態都不會相同,換而言之,在ψa態上不可能出現兩個粒子,這兩個粒子只能交換狀態而不能同時擠到同乙個態裡面。

既然ψa和ψb表示不同的狀態,如果a=b,那麼就表示兩個粒子就處在了相同的狀態了,這時②中的全波函式Ψ=0,這是不被允許的,也就是說粒子處於相同的狀態是不可能的,而這恰恰就是泡利不相容發原理對應的,所以Ψ=[ψa(1)ψb(2)‐ψa(2)ψb(1)]就是費公尺子體系下的全波函式,這時我們發現它是交換反對稱的,交換粒子的狀態,會變為‐Ψ。

而①可以違背泡利不相容原理,則代表其不是費公尺子體系下的波函式。

其實Ψ=[ψa(1)ψb(2)+ψa(2)ψb(1)](也就是①)對應的是玻色子系統下的波函式,它對應的是交換全對稱,在費公尺子系統下不可能出現。

為什麼整體波函式要求是反對稱的?

題主應該是問為什麼費公尺子,也就是自旋是半整數的粒子,例如電子的總波函式必須是全反對稱的。如果題主學到高等量子力學,喀興林的書上寫的很清楚 這是量子力學的基本假設,屬於公理性質,不能問為什麼。實在要問,答案就是與實驗符合得很好。不過如果題主學到量子場論,就會從另乙個角度理解這個問題。在量子場論的觀點...

矩陣乘積態表達的多體波函式怎樣保證反對稱性?

任傑 如題主寫下的矩陣乘積態 MPS 表示式,MPS 總是給出乙個佔據數表象下的多體波函式 sum C left right eeimg 1 所以題主的問題實際上是佔據數表象下費公尺子波函式的交換反對稱性。這實際上是費公尺子二次量子化處理中能夠保證的。每個佔據數表象的態向量寫作在真空態上作用一系列費...

氫原子的定態波函式為什麼不是球對稱的?

端木 氫原子的基態1S是球對稱,原子大部分時間處於這種狀態。第乙個激發態2S也是球對稱,這是主要激發態。2S以上的非S激發態才非球對稱,但是這些激發態有各自的對稱性,總得來說,與軌道角動量的量子化有關係。 zelongli 庫侖勢下解氫原子電子的定態薛丁格方程,本質上是求氫原子電子的定態軌道波函式。...