需要先学习的内容波包受力后,其运动遵循运动方程简谐运动

量子弹簧与不确定性

用量子力学中的弹簧振子描述分子内原子的振动。即使处于最低能量状态,位置也不能确定在1⁠个点上。

基底状態の位置の幅を半分にした直後、平均エネルギーは何倍か?

用公式解释现象

  1. 1代入弹簧的势能−(ħ²2m) φ″+⁠½ m ω² x² φ=⁠E φ……
  2. 2代入高斯函数,求出能量φ₀ ∝ e−mωx²/2ħ⁠,E₀ = ½ ħω……
  3. 3考察激发态的能量En=⁠ħω (n + ½)……
  4. 4交换位置算符和动量算符的作用顺序x p − p x=⁠iħ……
  5. 5推导位置分布宽度与动量分布宽度的关系Δx · Δp≧ħ2……
  6. 6求位置和动量平均值为0⁠时的能量下限⟨E⟩≧ħ²8mΔx²+⁠½ m ω² Δx²……
  7. 7求使能量下限F(Δx)⁠最小的宽度F(Δx) 的最小值=⁠½ ħω⁠,Δx = σ₀ = √(ħ2mω)……
  8. 8求位置分布宽度改变后瞬间的能量⟨E⟩=⁠2 E₀+⁠E₀8=⁠2.125 E₀……
  9. 拓展:平均运动与氢原子
  10. 9求位置和动量平均值随时间的变化d⟨x⟩dt = ⟨p⟩m⁠,d⟨p⟩dt = −⟨dVdx⟩……
  11. 以下讨论3⁠维球对称态(角动量为0⁠),需要使用相应的3⁠维方程,不能只替换1⁠维方程中的V⁠。
  12. 10验证氢原子的能级En=⁠−13.6 eVn²……