Редактирование: ОКФиКВ, 02 лекция (от 20 февраля)

Материал из eSyr's wiki.

Перейти к: навигация, поиск

Внимание: Вы не представились системе. Ваш IP-адрес будет записан в историю изменений этой страницы.

Правка может быть отменена. Пожалуйста, просмотрите сравнение версий, чтобы убедиться, что это именно те изменения, которые вас интересуют, и нажмите «Записать страницу», чтобы изменения вступили в силу.

Текущая версия Ваш текст
Строка 69: Строка 69:
Вопросы, которые входят в критерии.
Вопросы, которые входят в критерии.
-
Первый постулат. Квантовый объект описывается с наибольшей полнотой волновой функцией.
+
Первый постулат. Квантовый объект описывается с наибольшей полнотой волн. функцией.
-
Второй постулат. Каждой классической физической величине соответствет оператор. Значению физической величины, измеряемой в эксперименте, соответствует среднее значение оператора этой физической величины.
+
Второй постулат. Каждой классической физ. вел-не соответствет оператор. Значению физ. величины, измеряемой в эксперименте, соответствует среднее значение оператора этой физической величины.
-
Постулат утверждает, что если мы строим теорию квантового объекта, то мы должны отталкиваться от классических физических величин. Хотя мы увидим, что это не всегда так, например, спин. Вообще, спин --- объект релятивистской квантовой механики, а в нерелятивистской мы должны отталкиваться от классических величин.
+
Постулат утверждает, что если мы строим теорию квантового объекта, то мы должны отталк. от классич. физ. вел-н. Хотя мы увидим, что это не всегда так, например, спин. Вообще, спин --- объект релятивистской квант. мех., а в нерел. ымы должны отталк. от классич. вел-н.
-
Координата. Оператор координаты <math>\hat x</math>--- сама координата, умножение на x.
+
Координата. Оператор координаты --- сама координата, умножение. x &lt;x&gt; = интеграл по всей прямой &ksi;*x&ksi;dx
-
<math><\hat x> = \int\limits_{-\infty}^{+\infty}\Psi^*x\Psi dx</math>
+
-
<math>\Psi^*</math> --- комплексное сопряжение., интеграл по всей прямой &ksi;*x&ksi;dx = интеграл по всей прямой |&ksi;|^2 x&ksi;dx
+
&ksi;* --- комплексное сопряжение., интеграл по всей прямой &ksi;*x&ksi;dx = интеграл по всей прямой |&ksi;|^2 x&ksi;dx
-
f(x), <math><f(x)> = \int\limits_{-\infty}^{+\infty}\Psi^*f(x)\Psi dx</math>
+
f(x), &lt;f(x)> = интеграл &ksi;*f(x)&ksi;dx
-
Оператор импульса. Операторы импульса выглядит так:
+
Оператор импульса. Операторы импульса выглядит так: интеграл по всей прямой &ksi;*p^&ksi;dx
-
<math><\hat p> = \int\limits_{-\infty}^{+\infty}\Psi^*\hat p\Psi dx</math>
+
из каких сообр. мы можем получить это: из волны де Бройля. При рассм. волны дБ мы считаем, что импульс задан, и его значение --- среднее значение. &ksi;(x) = Ae<sup>p/&pi; x</sup>
-
из каких соображений мы можем получить это: из волны де Бройля. При рассмотрении волны де Бройля мы считаем, что импульс задан, и его значение --- среднее значение. <math>\Psi(x) = Ae^{i\frac{p}{\hbar}x}</math>
+
Можно ввести следующую форму оператора: ...
-
<math><p> = p = A^2\int\limits_{-\infty}^{+\infty}e^{-i\frac{p}{\hbar}x}pe^{i\frac{p}{\hbar}x}dx</math>
+
Итак, в состоянии с волной де Бройля таким должен быть оператор P (проекция на ось х), чтобы выполнялись все постулаыт кв. мех. Далее мы постулируем этот оператор. В трёхмерном случае --- это градиент ... .
-
<math>A^2\int\limits_{-\infty}^{+\infty}\Psi^*\Psi = 1</math>
+
Сформулируем правило задания оператора на осн. физ. вел-ны. Есть энергия. Как построить оператор, соотв. этой физ. вел-не? ... Вот так строятся импулься в кв. мех.
-
Можно ввести следующую форму оператора:
+
Стоит добавить: в волновой кв. мех. Есть ещё матричная кв. ьех. Некоторое врем мы будем заниматься волновой кв. мех. А потом переёдём к операторной кв. мкех. Волновая механика удобна для описания физических явлений. А вот приложения КМ к ТИ наоборот, волновая мех. не работает, не предст. интереса, а матричная информаия работает. И это понятно: матрица --- числа и информация --- числа.
-
<math>\hat p_x = -i\hbar\frac{\partial}{\partial x}</math>
+
Это дифф. операторы, соотв. физ. вел-нам, и они работают в волновой КМ.
-
Итак, в состоянии с волной де Бройля таким должен быть оператор <math>\hat p_x</math> (проекция на ось х), чтобы выполнялись все постулаыт кв. мех. Далее мы постулируем этот оператор. В трёхмерном случае --- это градиент <math>\vec p = -i\hbar\,grad</math> .
+
Допустим, пример: как будет выразаться энергия частицы в классич. физике: H = '''p'''^2/2m + U('''r'''). Действуем по только что описанному правилу: заменяем p на оператор p, а координату оставляем как есть: H = ... оператор --- градиент, градиент на градиент --- лапласиан. Получили оператор Гамильтона, гамильтониан частицы, которая движется в потенц. поле.
-
 
+
-
Сформулируем правило задания оператора на основе физической величины. Есть энергия. Как построить оператор, соответствующий этой физической величине?
+
-
 
+
-
<math>F=F(\vec r,\vec p)\to \hat F</math>
+
-
 
+
-
<math>\hat F = F(\vec r, \hat p)</math>
+
-
 
+
-
Вот так строятся операторы в квантовой механике.
+
-
 
+
-
Стоит добавить: в волновой квантовой механике. Есть ещё матричная квантовая механика. Некоторое врем мы будем заниматься волновой квантовой механикой, а потом переёдём к операторной. Волновая механика удобна для описания физических явлений. А вот приложения КМ к ТИ наоборот, волновая мех. не работает, не предст. интереса, а матричная информция работает. И это понятно: матрица --- числа и информация --- числа.
+
-
 
+
-
Это дифф. операторы, соотв. физ. величинам, и они работают в волновой КМ.
+
-
 
+
-
Допустим, пример: как будет выразаться энергия частицы в классич. физике: <math>H = \frac{\vec p^2}{2m} + U(\vec r)</math>. Действуем по только что описанному правилу: заменяем p на оператор p, а координату оставляем как есть: <math>H = -\frac{\hbar}{2m}\Delta + U(\vec r)</math> оператор --- градиент, градиент на градиент --- лапласиан. Получили оператор Гамильтона, гамильтониан частицы, которая движется в потенциальном поле.
+
Запишем св-ва операторов кв. мех.
Запишем св-ва операторов кв. мех.
-
* Операторы квантовой механики линейны. Квантовая механика --- линейная теория. Поэтому, операторы должны быть линейны, и поэтому, кстати, возможен принцип суперпозиции.
+
* Операторы кв. мех. линейны. Квантовая механика --- линейная теория. Поэтому, операторы должны быть линейны, и поэтому, кстати, возможен принцип суперпоз.
-
* Операторы физических величин в кванторвой мезанике являются эрмитовыми операторами. Т.е. выполняется такое условие: <math>\int\Psi_1^*\hat A\Psi_2 dx = \int(\hat A\Psi_1)^*\Psi_2 dx</math>. Следствие: среднее значение ---- действительное, т.е. <math><\hat A>=<\hat A>^*</math>
+
* Операторы физ. величин в кванторвой мезанике являются эрмитовыми операторами. Если выполняется такое условие: интеграл ... . То есть, среднее значение ---- действительное.
-
* Свойство полноты набора собственных функций: <math>\hat A\varphi_n=A_n\varphi_n\Rightarrow \Psi=\sum\limits_nc_n\varphi_n</math>
+
Одна из важнейших задач КМ: задача на собственные функции и значения операторов.
Одна из важнейших задач КМ: задача на собственные функции и значения операторов.
-
Если есть оператор A, то задача выглядит след. образом: <math>\hat A\varphi = A\varphi</math>. <math>\varphi</math> --- собст. функции., A --- собственные числа. Уравнение дифференциальное. Для решения надо добавлять граничные условия. Тогда мы полностью оперделим задачу на собственные значения и собственные функции. Например: оперделить собственные значения и собственные функции для оператора импульса для финитного движения. Определить собственные значения оператора энергии.
+
Если есть оператор A, то задача выглядит след. образом: A^&phi; = A&phi;. &phi; --- собст. функции., A&phi; --- собственные числа. Уравнение дифф. Для решения надо добавлять гранич. условия. Тогда мы полностью оперделим задачу на собст. знач. и собст. функции. Например: оперделить собст. знач/функции для оператора импульса для финитного движения. Определить собст. знач. оператора энергии.
Ещё одно свойство: свойство полноты набора собст. функций. Мы решаем задачу и получаем набор собст функции. Этот набор является полным. Полным означает вот что: любая волновая функция может быть разложена в ряд по собст. функциям оператора A.
Ещё одно свойство: свойство полноты набора собст. функций. Мы решаем задачу и получаем набор собст функции. Этот набор является полным. Полным означает вот что: любая волновая функция может быть разложена в ряд по собст. функциям оператора A.
Строка 126: Строка 110:
Ещё одно свойство функций собственных: эти функций образуют не только полный, но и ортонормированный набор.
Ещё одно свойство функций собственных: эти функций образуют не только полный, но и ортонормированный набор.
-
Тогда что получается: тогда двойная сумма превращается в одинарную:
+
Тогда что получается: тогда двойная сумма превращается в одинарную, 1 = сумма по n |C_N(t)|^2, причём зависимость по t исчезла. |C_N|^2 --- имеет физ. смысл как вероятность нахождения частицы в этом состоянии.
-
 
+
-
<math>1 = \int|\Psi|^2dx = \sum\limits_n\sum\limits_mc_n^*c_m\int\varphi_n^*\varphi_mdx = \sum\limits_n|c_n|^2 = 1</math>
+
-
 
+
-
причём зависимость по t исчезла. <math>|c_n|^2</math> --- имеет физический смысл вероятности нахождения частицы в этом состоянии.
+
-
Вот у нас есть атом воборода. У него есть спектр состояний, есть нижнее состояние, и каждому из сост. соотв. своя волновая функция. <math>|c_n|^2</math> --- вероятность того, что электрон находится на n-ном уровне
+
Вот у нас есть атом воборода. У него есть спектр состояний, есть нижнее состояние, и каждому из сост. соотв. своя волновая функция. |C_N|^2 --- вероятность того, что электрон находится нга n-ном уровне
-
И можно осущ. переходы в разные представления. И в этом предст. роль волновых функций играет набор <math>c_n</math>.
+
И можно осущ. переходы в разные представления. И в этом предст. роль волновых функций играет набор c_n.
Фактически, мы сделали шаг к переходу к матричной кв. мех.. Именно так мы сделали переход неск. позже.
Фактически, мы сделали шаг к переходу к матричной кв. мех.. Именно так мы сделали переход неск. позже.

Пожалуйста, обратите внимание, что все ваши добавления могут быть отредактированы или удалены другими участниками. Если вы не хотите, чтобы кто-либо изменял ваши тексты, не помещайте их сюда.
Вы также подтверждаете, что являетесь автором вносимых дополнений, или скопировали их из источника, допускающего свободное распространение и изменение своего содержимого (см. eSyr's_wiki:Авторское право).
НЕ РАЗМЕЩАЙТЕ БЕЗ РАЗРЕШЕНИЯ ОХРАНЯЕМЫЕ АВТОРСКИМ ПРАВОМ МАТЕРИАЛЫ!

Личные инструменты
Разделы