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

14768. Ахмет Жұбанов 149.5 KB
  Ахмет Жұбанов Aлпысыншы жылдарғы Алматы. Жасыл мәуеге малынған маужыр қала. Соғыс кезінде азды кем тұрып дәмін татып көзі жұмылғанша тамсана мадақтап өткен ақын Владимир Луговской тауып айтқандай – €œГород вещих снов€. Жайраңдаған жайдарман ортадағы жадыра думанн
14769. Ғарифолла Құрманғалиев 31 KB
  Ғарифолла Құрманғалиев Ғарифолла Құрманғалиев – ХХ ғасырдағы қазақ музыка мәдениетінің ерен құбылысы. Бүгінгінің Мұхиты атанған ондаған жылдар бойы ол жалғыз өзі Батыс Қазақстанның көне де жоғары дәрежеде дамыған вокалдыаспаптық дәстүрін паш еткен. ХІХ ғасырд...
14770. ӘН ЖАНРЛАРЫ МЕН МЕКТЕПТЕРІ 21.16 KB
  ӘН ЖАНРЛАРЫ МЕН МЕКТЕПТЕРІ Қазақ әндерінің жанрлық сипаттамасы ретінде оқыту тәжірибесінде этномузыкатанушы – Б.Ерзаковичтің тұжырымдамасы қолданылып келеді. Ғалым өзінің Қазақ халқының ән мәдениеті еңбегінде мынадай жанрлық анықтамаларды келтіреді: 1. Т...
14771. Дәулет Мықтыбаев (1904-1976) мектебінің өзіндік қасиеттері мен ерекшеліктері 30.47 KB
  Дәулет Мықтыбаев 1904-1976 мектебінің өзіндік қасиеттері мен ерекшеліктері. Қазақ өнерінің бастауында үркердей аз ғана топ ішінен айрықша табиғи талантдарынымен жарқырап көрінгендердің бірі қобызшы Дәулет Мықтыбаев. Д. Мықтыбаев 1904 жылы Ақмола облысы Қорғ
14772. Жаңғали ұстаздың еңбегінен дәм татыңыздар 176 KB
  Жаңғали ұстаздың еңбегінен дәм татыңыздар 1.Алғы сөз 2.Домбыра аспабы 3.Күйдің аймақтық дамуы 4.Шертпе күйдің аймақтық ұялары 5.Шығыс Қазақстан күйшілік мектебі 6.Арқа күйшілік мектебі 7.Жетіс
14773. ӘУЕНІМЕН ӘЙГІЛІ ӘБІЛҚАЙЫР ӘУЛЕТІ 241 KB
  ӘУЕНІМЕН ӘЙГІЛІ ӘБІЛҚАЙЫР ӘУЛЕТІ Көне кептің байыбына салсақ көмейіне Жошы хан қорғасын құйғызған домбыра қайтып үн қатпастай тұншықпақ еді. Алайда ғасырлар өткенде басқа емес – нақ осы әміршінің өзінен өрбіген жұлдызды шоғыр азалы да жазалы аспаптың құдіретіне...
14774. Жамал Омарова 190 KB
  Жамал Омарова Омарова Жамал 19121976 әнші контральто. Қазақстанның халық артисі. Өзбек ССРнің Янгиюль қаласында туған. Ташкент педагогикалық училищесінде оқу бітірген. Ж. Омарова қазақ ұлттық операсымен ән мәдениетін дамытуға үлкен үлес қосты. Ол 19341936 жж....
14775. Жаппас Қаламбаев (1909-1970) мектебінің қобызда ойнау әдіс-тәсілдері, әуендік құрлыс өзгешілігі 46.75 KB
  Жаппас Қаламбаев 1909-1970 мектебінің қобызда ойнау әдістәсілдері әуендік құрлыс өзгешілігі. Қаратау күйшілік мектебі дегенде домбырашылық пен қобызшылық өнер қатар қанат жайған Созақ жері бірден ауызға оралады. Күйшілік дәстүрге келсек – Қаратау күйлері Арқа...
14776. Жүсіпбек Елебеков 109.5 KB
  Жүсіпбек Елебеков Елебеков Жүсіпбек 1904-1977 әнші тенор. Қазақстанның халық артисі. Қарағанды облысында туған. Елебеков бес жасынан ән айтуды бастаған. Ән өнеріне оны ағасы Ж. Балғабайұлы баулиды. Кейін Ғ. Айтбаевтан Қ. Байжановтан Ә. Қашаубаевтан дәріс алады. Е