Лекции.Орг


Поиск:




Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

 

 

 

 


Амплитудное уравнение Шредингера




Рассмотрим общий метод решения уравнения Шредингера в случае, когда потенциальная энергия P не зависит от времени и зависит только от координат: . Такой случай называется стационарным.

Решение уравнения Шредингера (5) будем искать в виде

. (6)

Подставим (6) в (5) и выполним дифференцирование, учитывая, что функция зависит только от времени, а y(r) только от координат:

.

Поделим это равенство на y(r)j(t):

.

Левая часть полученного равенства зависит только от времени, а правая часть - только от координат. Поэтому равенство может выполняться, если только обе его части равны порознь некоторой константе E:

(7)

Последнее уравнение эквивалентно

. (8)

Полученное уравнение (8) решить проще, чем уравнение Шредингера (5), поскольку оно не содержит производной по времени. Это уравнение называется стационарным уравнением Шредингера, и для его решения необходимо задать конкретную зависимость потенциальной энергии от координат. Решение этого уравнения будем обозначать , где индекс Е указывает на зависимость этого решения от константы Е.

Допустим, что удалось найти решение уравнения (8). Поскольку решение первого из уравнений (7) находится элементарно (это экспонента)

,

то, согласно (6), решение уравнения Шредингера (5) имеет вид

. (9)

Полученное выражение (9) определяется частным значением константы Е и поэтому является частным решением уравнения Шредингера. Так как уравнение Шредингера линейное, то сумма частных решений, отвечающих различным значениям Е, тоже решение. Общее решение уравнения Шредингера в стационарном случае есть сумма частных решений вида (9)

, (10)

где cE произвольные комплексные коэффициенты.

Таким образом, в стационарном случае для построения общего решения уравнения (5) достаточно решить стационарное уравнение Шредингера (8).

Первый множитель в (9) есть комбинация косинуса и синуса:

,

и, следовательно, оно описывает колебания с частотой n= E/h и комплексной амплитудой , зависящей от координат. Поэтому функцию называют амплитудной или координатной волновой функцией, а уравнение (8), которому удовлетворяет , называют амплитудным или координатным уравнением Шредингера. Далее будет удобно использовать уравнение (8), переписанное в виде

. (11)

Формула (10) нуждается в уточнении: необходимо указать, по каким значениям Е идет суммирование в (10), какой смысл имеет величина Е, как найти коэффициенты cE.

1. Физический смысл Е проще всего выяснить, сравнив (9) с волной де Бройля (1):

В этом выражении, как известно, Е - энергия. Математическая структура здесь та же, что и в (9). Поэтому и в общем случае величину Е можно интерпретировать как полную энергию частицы. Более строгое обоснование этого утверждения будет дано позднее.

2. Суммирование в (10) идет по всем значениям энергии Е, принадлежащим энергетическому спектру.

Энергетическим спектром называется множество значений энергии Е, при которых амплитудная волновая функция обладает всеми свойствами, перечисленными в теореме: непрерывностью, непрерывностью производной (при úPú< ¥), нормируемостью, однозначностью. Только в этом случае волновая функция может иметь вероятностную интерпретацию.

Данное здесь определение области суммирования в выражении (10) гарантирует справедливость для этого выражения всех свойств, перечисленных в теореме об общем решении уравнения Шредингера, если

(без доказательства).

3. Коэффициенты , входящие в (10) определяются по начальному условию

.

Если подставить в это равенство выражение (10), положив в нем t=0 (тогда все экспоненты превращаются в единицы), то получим

Это равенство позволяет выразить все коэффициенты через волновую функцию начального состояния , поскольку функции при различных Е взаимно ортогональны в функциональном пространстве.

Физический смысл коэффициентов : если состояние частицы описывается волновой функцией вида (10), то при измерении энергии частицы могут быть получены различные значения из энергетического спектра, при этом вероятность получить определенное значение энергии Е совпадает с квадратом модуля коэффициента :

.

В заключении отметим важное свойство полученных частных решений: если волновая функция частицы имеет вид (9), то плотность вероятности обнаружения частицы не зависит от времени. Действительно,

Квадрат модуля мнимой экспоненты равен единице, и зависимость от времени исчезает. Поэтому решения уравнения Шредингера вида (7) называют стационарными волновыми функциями.

 





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2016-12-18; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1119 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Стремитесь не к успеху, а к ценностям, которые он дает © Альберт Эйнштейн
==> читать все изречения...

2175 - | 2132 -


© 2015-2024 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.01 с.