先備知識波包受力時可推得運動方程式簡諧運動

量子彈簧與不確定性

以量子力學中的彈簧模型探討分子內原子的振動。即使處於最低能量狀態,位置也不會固定在單一點上。

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?

用公式解釋現象

  1. 1代入彈簧的位能−(ħ²2m) φ″+⁠½ m ω² x² φ=⁠E φ……
  2. 2代入高斯函數,求出能量φ₀ ∝ e−mωx²/2ħ⁠,E₀ = ½ ħω……
  3. 3探討激發態的能量En=⁠ħω (n + ½)……
  4. 4交換位置算符與動量算符的作用順序x p − p x=⁠iħ……
  5. 5推導位置分布寬度與動量分布寬度的關係Δx · Δp≧ħ2……
  6. 6求出位置與動量的平均值皆為0⁠時,能量的下限⟨E⟩≧ħ²8mΔx²+⁠½ m ω² Δx²……
  7. 7求出使能量下限F(Δx)⁠最小的寬度F(Δx)的最小值=⁠½ ħω⁠,Δx = σ₀ = √(ħ2mω)……
  8. 8求出改變位置分布寬度後瞬間的能量⟨E⟩=⁠2 E₀+⁠E₀8=⁠2.125 E₀……
  9. 延伸探討:平均運動與氫原子
  10. 9求出位置與動量的平均值隨時間的變化d⟨x⟩dt = ⟨p⟩m⁠,d⟨p⟩dt = −⟨dVdx⟩……
  11. 接下來討論3⁠維的球對稱態(角動量為0⁠)。此時不能只替換1⁠維方程式中的V⁠。
  12. 10確認氫原子的能階En=⁠−13.6 eVn²……