從算符和能量表示式,如何推出自由粒子的一維 三維薛丁格方程?

時間 2021-06-09 19:36:31

1樓:耗奇心

不知道歷史上薛丁格是不是這麼湊出來的,不過這裡說一種湊法。

首先在薛丁格方程之前人們就知道了粒子的運動可以用平面波表示,那麼我們就先把它寫成平面波:

2. 能量的表示式也很簡單:能量 = 動能 + 勢能,其中動能和動量的平方成正比,即:

3. 在量子力學中有能量和動量與波的頻率和波矢的關係(德布羅意關係):

有了這些東西,下面就能開始湊了,我們的目的是把波函式塞進能量表示式,這樣才能表示各種不同狀態。怎麼把波函式塞進去需要一點技巧,首先肯定不能能量表示式兩邊同時乘以 ,

這樣沒什麼意義,一約分就把 約掉了。我們要找乙個不能把波函式約掉的等價形式。

我們可以發現,由於e指數函式求導和原函式很像,波函式對t求偏導得到:

我們只要在兩側乘 就湊出了(1)式的左側。

同理,如果對x求偏導得到:

兩邊乘 就湊出了動量的形式,而能量表示式中動量是平方,那怎麼讓動量變成平方?可以再求一階導數!e指數每求一次導,係數就下來乙個,求二階到之後係數就變成 了:

這就湊出了(1)式的右邊動量項。現在(1)式換一種形式寫出來就是:

這就是一維的薛丁格方程。這次兩邊不能約掉 了,因為不是直接把 乘在了能量表示式兩邊,而是通過算符 作用在 上(即對 求偏導)得到的。這樣既滿足能量表示式又把波函式塞了進去,因此就可以描述粒子的不同狀態。

三維情況同理。

2樓:北極星12345

由德布羅意關係可將自由粒子的運動狀態用乙個單色平面波表示,然後發現這個單色平面波滿足乙個波動方程,(即哈密頓量中只有動能項的薛丁格方程),因為自由粒子哈密頓量中正好就是只有動能項,由此推廣(猜測)出所有粒子薛丁格方程。

3樓:xunkar111

眾所周知,Schrodinger方程像愛因斯坦場方程一樣是猜出來的(近似的說是構造出來的),在薛丁格方程中只要你把非相對論情形的能量-動量關係作為骨架,即:E=P^2/2m+V(r),再把能量算符(E_hat=ih_bar(a/at))和動量算符(P_hat=ih_bar Nabla)帶進去就得到三維空間中的薛丁格方程。

4樓:

歷史上講,薛丁格方程是直接被寫出來的,不是推出來的,你把它理解為波動方程即可。

如果要從算符推出薛丁格方程,sakurai的現代量子力學專門講過這件事,它是從態演化算符出發得到的。

為什麼量子力學中座標算符和動量算符在對方的表象中差個負號?

補充幾句 1925 Born,Jordan 在正則量子化程式中提出假設 廣義座標和動量運算元必須滿足正則對易關係,由此可以計算任意兩個物理量的量子泊松括號 類似於經典力學 如果選擇廣義座標 動量 運算元的本徵向量作為物理量的一組完備基,則相應稱為座標 動量 表象。差個負號是由正則對易關係推導出的,沒...

E MC 算自己的能量?

烏雲烏雲快走開 利用E mc 2 算出來的能量只有在你身體所含的所有物質完全轉化為能量時才有那麼多的。被吃掉是被攝取的只有一部分的你身體物質所含的化學能。 山間明月刀 我沒記錯的話,這個公式好像是要在高速運動下適用的,而且這個公式好像不適合生物質能吧。公式運用是有一定條件的,就像F GMm R只適用...

費公尺子產生湮滅算符如何程式設計?

rylynn ED耗時主要分為矩陣初始化和對角化矩陣兩部分,lanczos屬於加速對角化的速度,矩陣初始化方面利用Jordan wigner變換肯定比遍歷基矢構造哈密頓量要快的多。 淺斟低唱 對於二次型 自由費公尺子 其中 為任意指標,只需要對角化 即可獲得單粒子激發。考慮了巨正則系綜也是一樣。擴充...