当前课程知识点:量子力学(上) > 第二章 波函数与薛定谔方程 > 2.2 薛定谔方程 > 2.2.1 薛定谔方程的引入
现在我们开始讲2.2节
就是薛定谔方程
也就是
波函数应该满足的方程
这个方程就是量子力学的
基本定律
由于波函数是
坐标和时间的函数
所以
这个方程应该是
波函数所满足的偏微分方程
那么
如何引入这个方程呢
以下两个考虑
应该是一个启发
第一个考虑
这个方程对于波函数
应该是线性的
这意思就是
假如ψ_1和ψ_2是方程的解
那么
c_1ψ_1+c_2ψ_2也是方程的解
这里c_1c_2是复的常数
之所以提出这个要求
是因为
波函数满足叠加原理
另外一方面的要求
可以这样来考虑
波函数会和一些参数有关
这些参数有些属于粒子的
内在属性参数
比如说
质量 电荷 自旋
有些属于状态参数
比如能量 动量 角动量
那么
当我们引入方程的时候
应该要求这个方程的解
给出确定的粒子的
各种可能状态
所以说
在方程里出现的参数
可以包含内在属性参数
也就是质量 电荷 自旋
不应该包含状态参数
也就是
能量 动量 角动量
那么 更具体的说
这个方程是什么样子的呢
我们现在已经知道一个
现实的波函数
那就是德布罗意波
德布罗意波是这样的一个
复的指数函数
它和能量 动量有关
作为波函数的参数
现在我们就对这个函数
作微分 对时间的偏微分
前面再乘上一个ihbar正好得到
能量E是一个常数乘以ψ
对空间的偏微分
由于现在是在三维空间里边
应该用这个
矢量微分算符倒三角
前面再乘以负ihbar
我们发现
它正好是动量p乘以波函数
如果把这个负ihbar倒三角
这个算符作用两次
它出现的应该是
负hbar平方
拉普拉斯算符
作用于德布罗意波
出现的是p的平方
再乘以同样的波函数
那么每一个方程不能够作为
波函数应该满足的基本方程
因为这里出现了状态参数
为了把这些状态参数
彼此消去
我们可以利用
能量和动量之间的关系
那就是E等于
p平方除以2m
这样一来
我们把这两个方程的
右方的E和p平方
用这个关系连起来
它的左方也就成为相等的了
因此得到的是
ihbarψ对t的偏导数
等于负的hbar平方除以2m
用拉普拉斯算符
作用于ψ
那么这个方程
就满足上面的要求了
因为
它对于ψ是线性方程
而且只包含粒子的
内在属性参数
而能量和动量这样的参数
不出现在方程里
对于这个方程的出现
我们可以从另外一个角度
作一个理解
那就是
原来我们有一个经典关系
是E和p之间的关系
我们在那个经典的关系里面
用ihbar对t偏导去代替E
负ihbar倒三角算符去代替p
并且把这样的算符
都作用于波函数ψ
就得到了刚才那个方程
那么这个方程的解
是不是只有德布罗意波
才能满足呢
其实不是
很容易验证
我们把德布罗意波
做线性叠加
这部分是德布罗意波
再乘上和动量p有关的
一个函数
再对p进行积分
当然这里要注意
E和p之间要满足这个关系
很容易验证
由于
刚才那个方程是线性方程
所以
这样的线性叠加
所构成的波函数
都能够满足上面那个方程
再进一步
我们还可以推广
假如这个粒子不是自由粒子
而是在势场V(r)里面运动
那么
它的能量的表达式
就应该变成了动能加势能
所以
按照刚才的那个形式
我们可以推想
它的波函数
应该满足这样的方程
和刚才的区别仅仅是
在这项的之外又加上了
一个势能项
但是要注意
所有的这些都应该是作用于
波函数之后相等的
这个方程就是单粒子的
薛定谔方程
就是薛定谔在1926年
引入的方程
刚才我们通过一定的步骤
引入了薛定谔方程
但是
不能认为这叫做
薛定谔方程的证明
薛定谔方程
是量子力学的基本定律
在本质上
它是一个假定或者是公理
也就是说
它的正确性要靠实验来检验
而不是从其它的公理
来做推导
这一点
应该有一个正确的理解
-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