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 > 2.1.4 态叠加原理
我们前面讲到
为了描述
微观粒子的波动性
也就是相干的现象
我们应该用波函数
来描写粒子的状态
那么
在这个情况下
我们还应该进一步假设
波函数满足叠加原理
因为波的干涉 衍射
它的本质的原因
正是由于波的
互相叠加所造成的
所以
这就提示我们
波函数也应该满足
叠加原理
也就是说
如果 Ψ_1 和 Ψ_2
是体系的可能的状态
那么
这样的一个波函数 Ψ=
C_1Ψ_1+C_2Ψ_2
其中 C_1 C_2 是复常数
也是体系的可能状态
为什么这样的叠加原理
就可以解释波的
干涉 衍射现象呢
因为在这个时候 Ψ 的模平方
平方可以写成四项之和
第一项是 C_1Ψ_1 模平方
第二项是 C_2Ψ_2 模平方
另外还有两项
我们把它叫做
交叉相乘项
Ψ 的模平方
在双缝干涉的情况下
如果两个缝都是打开的
它表达的叫做 P_12
C_1Ψ_1 模平方 是 P_1
C_2Ψ_2 模平方 是 P_2
但是在两个缝都打开的时候
P_12 并不等于 P_1+P_2
后边那两项
就是产生这个不等的原因
也就是产生干涉的原因
在更一般的情况下
叠加原理还可以写成 Ψ
是 n 个
波函数的线性组合
就是这样一个和式
这就导致了
量子力学里面的
一个重要概念
实际上 也就是我们以后
解决量子力学问题的
一个重要方法
那就是
对于一个指定的量子体系
如果找到了它的
完备的基本状态
比如说
有 n 个这样的基本状态
那么任何状态
就都可以由这些
基本状态叠加而得到
也就是
这里所写的这个
线性组合式
这个概念
也和经典物理完全不同
它导致的结果之一
就是量子力学和经典力学
对于同样的体系
却有完全不同的自由度数
比如说考虑一个
在一维空间中运动的粒子
在经典力学里
它的自由度数是 1
所谓的自由度数
就是动力学变量的个数
在这种情况下
它的动力学变量
就可以取为 x
这个 x 是 t 的函数
但是在量子力学里边
由于现在是用波函数
来描写粒子的状态的
因此它的动力学变量
应该取作那个展开式的
各个系数
这个系数的数目
是无穷多
也就是说
在量子力学里
一维空间运动的单粒子的
动力学自由度数
也是无穷大
由于量子态
是满足叠加原理的
所以一个量子系统的
全部可能的状态
就构成了一个
数学上的线性空间
也称为矢量空间
这个空间在物理里
就称为这个量子系统的
Hilbert空间
所以 从数学的角度看来
量子力学是一个
建立在线性空间上的理论
-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