28166

ПОНЯТИЕ КВАНТОВОГО СОСТОЯНИЯ ВОЛНОВАЯ ФУНКЦИЯ. СООТНОШЕНИЕ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ

Доклад

Физика

Так функцией состояния свободной частицы является плоская монохроматическая волна де Бройля . 1 Для частицы подверженной внешнему воздействию например для электрона в поле ядра это волновое поле может иметь весьма сложный вид. Волновая функция зависит от параметров микрочастицы и от тех физических условий в которых частица находится. Согласно статистической интерпретации волн де Бройля вероятность локализации частицы определяется интенсивностью волны де Бройля так что...

Русский

2013-08-20

100.5 KB

5 чел.

66  ПОНЯТИЕ КВАНТОВОГО СОСТОЯНИЯ ВОЛНОВАЯ ФУНКЦИЯ. СООТНОШЕНИЕ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ.

В квантовой механике для описания состояния нужно применять новые (по отношению к классической физике) специфические средства. Важнейшим из них является понятие о волновой функции, или функции состояния (-функции).

Функция состояния есть математический образ того волнового поля, которое следует связывать с каждой частицей. Так, функцией состояния свободной частицы является плоская монохроматическая волна де Бройля

.                                                            (1)

Для частицы, подверженной внешнему воздействию (например, для электрона в поле ядра), это волновое поле может иметь весьма сложный вид. Волновая функция зависит от параметров микрочастицы и от тех физических условий, в которых частица находится. Зная волновую функцию, можно предсказать, какие значения всех измеряемых величин могут наблюдаться на опыте и с какой вероятностью. Функция состояния несет всю информацию о движении и квантовых свойствах частиц.

Согласно статистической интерпретации волн де Бройля, вероятность локализации частицы определяется интенсивностью волны де Бройля, так что вероятность обнаружения частицы в малом объеме  в окрестности точки  в момент времени  равна

.                                  (2)

Для плоской волны де Бройля (1)

,

то есть равновероятно обнаружить свободную частицу в любом месте пространства.

Величину

                                                                        (3)

называют плотностью вероятности. Вероятность найти частицу в момент времени  в конечном объеме , согласно теореме сложения вероятностей, равна

.                                                    (4)

Если в (4) произвести интегрирование в бесконечных пределах, то будет получена полная вероятность обнаружения частицы в момент времени  где-нибудь в пространстве. Это – вероятность достоверного события, поэтому

.                                                          (5)

Условие (5) называется условием нормировки, а -функция, удовлетворяющую ему, – нормированной.

Основной задачей квантовой механики является отыскание функции состояний и связанных с ними физических следствий в самых разнообразных условиях. Уравнение, решением которого является функция состояния, является основным уравнением квантовой механики.

Такое уравнение должно удовлетворять следующим требованиям:

  1.  Оно должно быть универсальным в том смысле, что состояние частицы в любых физических условиях должно описываться -функцией, являющейся решением этого уравнения.
  2.  В общем случае это уравнение должно представлять собой дифференциальное уравнение в частных производных по координатам и времени, так как оно должно описывать состояния движения частиц во времени и в пространстве.
  3.  В нерелятивистском приближении оно не должно противоречить уравнению

,

выражающему полную энергию  частицы массы  через ее кинетическую () и потенциальную () энергию.

  1.  Уравнение должно быть линейным по . Это требование означает, что если , где n=1, 2, 3, …, представляют собой различные решения уравнения с данной потенциальной энергией, то любая линейная комбинация этих решений

                                                       (6)

также является его решением.

Уравнение, удовлетворяющее перечисленным требованиям в нерелятивистском приближении, было постулировано в 1926 году австрийским физиком Э. Шрёдингером:

.                                                     (7)

Здесь  - оператор Лапласа,  - потенциальная энергия. Уравнение (7) называют общим или временным уравнением Шрёдингера. Оно является основным уравнением квантовой механики и выражает принцип причинности в квантовой механике, так как описывает изменение -функции с течением времени. Отметим, что справедливость уравнениz Шрёдингера доказывается экспериментально.

Волновую функцию частицы, движущейся в потенциальном поле, можно представить волновым пакетом. Если длина волнового пакета частицы вдоль оси  равна , то волновые числа , необходимые для его образования, должны занимать интервал , удовлетворяющий соотношению

или, после умножения на ,

.                                                                      (8)

Справедливы и аналогичные соотношения

                                                                    (9)

Соотношения (8), (9) называют соотношениями неопределенностей Гейзенберга (или принципом неопределенности). Согласно этому положению, любая физическая система не может находиться в состояниях, в которых координаты ее центра инерции и импульс одновременно принимают вполне определенные, точные значения.

Соотношения, аналогичные записанным, должны выполняться для любой пары так называемых канонически сопряженных величин. Неопределенность в измерениях связана не с несовершенством экспериментальной техники, а с волновыми свойствами частиц.

Несколько иной смысл имеет соотношение неопределенностей для энергии  и времени :

.                                                                   (10)

Из соотношения (10) следует, что энергию системы в стационарном состоянии можно измерить с точностью, не превышающей , где - длительность процесса измерения.

Из соотношений неопределенностей следует вывод о том, что в квантовой механике теряет смысл деление полной энергии  частицы на кинетическую и потенциальную. Действительно, одна из них зависит от импульсов, а другая – от координат. Эти же переменные не могут одновременно иметь определенные значения. Энергия  должна определяться и измеряться лишь как полная энергия, без деления на кинетическую и потенциальную.

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6172. Автосервис и фирменное обслуживание 8.35 MB
  Приведены материалы, необходимые при выполнении дипломных проектов по кафедре технологии обслуживания транспортных средств. Тематическая направленность проектов соответствует профессиональной деятельности выпускников на предприятиях автосервиса и фи...
6173. Создание, изменение и удаление таблиц в SQL Oracle 208 KB
  Создание, изменение и удаление таблиц в SQL Oracle Цели лабораторной работы Изучить возможности SQL Oracle по созданию, изменению и удалению таблиц. Приобрести практический опыт по созданию, изменению и удалению таблиц в SQL*Plus. ...
6174. Creation altering and deletion a table in SQL Oracle 206.5 KB
  Creation altering and deletion a table in SQL Oracle Purpose of the lab To study SQL Oracle possibilities in table creation, altering and deletion. To acquire practical skills in table creation, altering and deletion by using SQL*P...
6175. Integrity constraints in SQL Oracle 182 KB
  Integrity constraints in SQL Oracle Purpose of the lab To study SQL Oracle integrity constraints possibilities. To acquire practical skills in describing integrity constraints. Theoretical backgrounds You can define integrity...
6176. Системи захисту програмного забезпечення 72.5 KB
  Системи захисту програмного забезпечення 1. Класифікація систем захисту програмного забезпечення Системи захисту програмного забезпечення (СЗПЗ) широко поширені і знаходяться в постійному розвитку, завдяки розширенню ринку програмного забезпечення і...
6177. Понятие экономических информационных систем, принципы их построения и функционирования 71.05 KB
  Понятие экономических информационных систем, принципы их построения и функционирования. Критерии оценки ЭИС. Классификация ЭИС. Изучение ЭИС можно декомпозировать следующим образом: компоненты ЭИС, как работают ЭИС, динамика развития ЭИС, как управл...
6178. Закупівельна логістика 108 KB
  Закупівельна логістика. Сутність закупівельної логістики. Задачі закупівельної логістики. Служба закупівель на підприємстві. Задача зробити чи купити у закупівельній логістиці. Задача вибору постачаль...
6179. Модели данных: нормализация отношений 80.5 KB
  Модели данных: нормализация отношений. 1НФ. Нормализация отношений Центральная задача проектирования базы данных ЭИС - определение количества отношений и их атрибутного состава. Задача группировки атрибутов в отношения допускает множеств...
6180. Виробнича логістика 76.5 KB
  Виробнича логістика План Поняття виробничої логістики. Традиційна і логістична концепції організації виробництва. Якісна і кількісна гнучкість виробничих систем. Системи управління матеріальними потоками у виробничій логістиці, т...