当前课程知识点:量子力学(上) > 第二章 波函数与薛定谔方程 > 2.1波函数 > 2.1.3 波函数的归一化
基于对波函数的几率诠释
我们可以有另外一个概念
叫做波函数的归一化
因为波函数的模平方
描述的是几率
我们可以观察
两个不同的波函数
所描述的几率是不是一致的
我们来看这样的一个比值
左边是把一个波函数
乘上了一个常数c
在两个不同的点的
模平方之比
那么很显然
这个 c 的模平方
在分子和分母上同时出现
是可以消掉的
所以说
右边这个常数 c 就不再出现
由于几率具有相对的性质
所以在波函数上乘以一个常数
它们仍然描写量子体系的
同样的状态
这是量子力学的
一个重要的原理
以后我们将多次地利用
这个原理
波函数的这个特征
也表明了
量子的波动和经典的波动
是完全不同的
假如我们考虑一个经典的波
一开始写下了
它的一个振幅形式
然后把这振幅乘以一个常数
比如说乘以 2
那么它的能量就要乘以 4
在经典波的意义上
能量的扩大
是完全可以观察到的
也就是说
是完全可以区分的
所以量子的波和经典的波
是完全不同的
如果我们考虑
在整个空间发现
粒子的几率的话
那么这就是 ρ
在全空间的积分
也就是 Ψ 的模平方
在全空间的积分
对于这个积分
有一种很方便的选择
那就是
让这个积分等于 1
这种做法就叫做
波函数的归一化
这个归一化
从几率的角度来说
是一个很自然的选择
因为只要粒子
不发生湮灭这样的过程
我们总可以
在空间的这一点
或者那一点
发现这个粒子
也就是说
在全空间发现这个粒子
是一个必然事件
而在概率论里
必然事件的几率
可以归一化到 1
所以说
波函数的归一化
和几率的归一化
具有同样的含义
对于波函数的归一化
还有几点需要说明
第一
如果要求一个波函数
是归一的
那么我们可以
乘上一个
模为1的一个因子
这个归一化条件并不会改变
所以波函数归一化的要求
并没有完全确定
这个波函数的值
它仍然有一个整体的
也就是常数的
位相因子 e^iθ
是不能确定的
这种在波函数上
包括任意位相因子的自由度
在量子力学里
是一个特殊的问题
此后我们将会以不同的方式
对于这种位相因子的选择
给予说明
第二点
我们现在要做一个
所谓一个函数
在全空间的积分
那么这个积分
并不一定保证是有限的
很有可能
这个积分
是一个无穷大的量
对于这样波函数
实际上是不能归一的
或者准确来说
是不能有限地归一的
事实上到目前为止
我们所知道的
具体的波函数的例子
只有de Broglie波
而它恰好属于
不能归一的波函数
这时候 Ψ 的模平方是代表着
相对的几率密度
我们不再谈到总几率
我们上面讲到的
是单粒子的状态的描写
也就是单粒子波函数
在更普遍的情况下
可以考虑
由 N 个粒子组织成的系统
那么这样的系统的波函数
就是 N 个粒子的坐标
以及时间的复函数
对于这样的波函数的
几率解释
就是把这个波函数
求模平方
再乘以 N 个粒子的体积元
它代表的是
第一个粒子出现在
r_1 附近的体积元
dx_1dy_1dz_1
与此同时
第二个粒子出现在
r_2 附近的体积元
dx_2dy_2dz_2
等等等等的几率
这样的 N 粒子波函数的归一化
就是 Ψ 的模平方
对于 N 个粒子
在无穷大空间当中
出现的总几率取为 1
由于以后有的时候
不特别指定
系统里的粒子个数
而用 dτ 表示一般的
空间体积元
所以当我们把那些公式
应用于具体的系统的时候
对于一维的一个粒子
dτ=dx
对于三维中的一个粒子
dτ 就是dxdydz
而对于 N 个三维粒子
就是 N 个这样的体积元的乘积
-引言
--引言
-1.1 普朗克的光量子假说
-1.2 玻尔的原子结构模型
-1.3 德布罗意的物质波假说
-第一章 量子力学的历史渊源--第1周作业
-2.1波函数
-第二章 波函数与薛定谔方程--第2周作业
-2.2 薛定谔方程
-第二章 波函数与薛定谔方程--第3周作业
-3.1一维运动问题的一般分析
-第三章 一维势场中的粒子--第4周作业
-3.2 方势阱
-3.3 δ函数势阱
-第三章 一维势场中的粒子--第5周作业
-3.4 线性谐振子
-3.5 一维散射问题
-第三章 一维势场中的粒子--第6周作业
-*3.6 δ势的穿透
-*3.7 周期性势场中的能带结构
--第三章 一维势场中的粒子--第7周作业
-4.1 算符及其运算
-第四章 力学量用算符表示--第8周作业
-4.2 厄密算符的主要性质
-第四章 力学量用算符表示--第9周作业
-4.3 动量本征函数的归一化
-4.4 角动量算符的本征值和本征态
-第四章 力学量用算符表示--第10周作业
-5.1 量子力学中的守恒量
-5.2 对称性与守恒量
-第五章 量子力学中的对称性与守恒量--第11周作业
-5.3 全同粒子系统波函数的交换对称性
-*5.4 Schrödinger图画和Heisenberg图画
-第五章 量子力学中的对称性与守恒量--第12周作业
-6.1 中心力场中粒子运动的一般性质
-*6.2 球无限深势阱
-第六章 中心力场--第13周作业
-6.3 三维各向同性谐振子
-6.4 氢原子和类氢离子
-7.1 带电粒子在电磁场中的薛定谔方程
-*7.2 朗道能级
-*7.3 阿哈罗诺夫-博姆(Aharonov-Bohm)效应