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 > *2.2.3量子力学的初值问题 自由粒子的传播子
下面要讲的这一节
是打*号的
非必学内容
我们要研究的问题是
薛定谔方程的解
大家知道
作为微分方程
除去要有方程本身之外
还要有初始值
才能得到确定的解
所以说
我们就来问一下
对于自由粒子的
薛定谔方程
给定初始值以后
怎么能够决定
其它时刻的波函数
由于薛定谔方程
对于时间而言
是一阶的微分方程
所以
这里只要给定
初始时刻的
波函数的值就够了
我们前面已经知道
德布罗意波的
任何线性组合
都能够满足
自由粒子的薛定谔方程
也就是这样一个积分
这个是德布罗意波
这里写的就是
动量为p的
那个分量的几率振幅
然后对于所有可能的
p的值进行积分
这里要注意
在这个被积函数里边的E
不是独立的
它是p平方除以2m
很明显我们在
上面的那个表达式里边
把t等于零代进去
它就成为这样的一个表达式
而它正应该是
波函数的初始值
我们把这个表达式
再进行个逆变换
也就是反傅立叶变换
那么又可以用ψ(
r,t=0)
重新把Ф(p)表达出来
那么我们把
这个展开式再代入到
t这个时刻的波函数
就得到了在任一时刻的
波函数的值
它表达成为一个二重积分
这里p是动量
E是p的这样的函数
它不是独立的
那么还要注意的是
这里有一个对r'的积分
因为这里的p点乘
后边是r减去 r'
也就是说
在整个这个积分的
表达式里边的r
叫做积分参数
积分的结果
应该是参数的函数
所以这里称为r的函数
按说我们已经
完全写下了
自由粒子薛定谔方程的
初值问题的一般解
但是
第一 我们还希望
把初始时刻
可以进行一下移动
所以说
我们把原来的t等于零
作为初始时刻
换成t等于t'
其实这是很容易的
那就是把原来的t
变成t减t'
于是就得到了一个
更一般的
自由粒子薛定谔方程的
普适解
这里边r'是需要积分的
p是需要积分的
但是
t和r是参数
所以结果是
r和t的函数
这个表达式
还可以做进一步的改写
那就是
把波函数的初始值
乘以这样的一个函数
这个函数是一个二元的
那就是既是r,t的函数
又是r',t'的函数
被积变量是r'和t'
这里表达的ψ
的初始值它的变量
也是r',t'
所以说
这个积分以r,t为参数
积分的结果是r,t的函数
把这个表达式和
刚才得到的表达式
作一下比较
我们发觉
这个G的函数表达式
是一个积分
在数学的术语上
这个东西
叫做这个积分的核
所以说
现在我们得到了
这个积分核
G(r,t;r',t')的一个表达式
它是表达成为
对p的一个积分
而其中的t,t',r,r'都是参数
当然还是要注意
这里的E不是独立变量
而是p平方除2m
这个积分看起来很复杂
其实是可以解析的完成的
这个过程
我们就不再仔细介绍
只把它的结果写下来
大家看到这是一个
初等函数的解析表达式
这个函数在物理上的名字
叫做传播子
由于它特别的是
自由粒子的薛定谔方程的解
需要用到的函数
所以说更具体的称为
自由粒子的传播子
那么 这个传播子的
物理意义是什么呢
我们看到
如果我们把在r',t'
这一点的波函数的值
乘以这个传播子
注意这个传播子
既就r,t的函数
又是r',t'的函数
而对r'做积分
就得到了
r,t这一点的波函数的值
这就意味着
r',t'这一点的波函数
通过传播子
对r,t这一点的波函数
作出贡献
传播子实际上满足
对于变量r,t的自由粒子的
薛定谔方程
而且还满足一个δ
函数的初始条件
那就是
当我在传播子的表达式当中
让t等于t'的时候
它出来的
是一个三维空间的δ函数
关于δ函数
以后我们有机会
做更具体的介绍
在物理上传播子体现了
波动现象的惠更斯原理
惠更斯原理说的就是
在波的传播过程当中
每一个时刻
波长里的各点
可以看成一个新的子波源
波在下一个时刻的分布
是这些子波源
彼此叠加的结果
传播子就体现了一个
这样的过程
在数学上
传播子的名称
叫做格林函数
在我们这个量子力学课当中
此后
利用传播子的地方并不多
但是 如果有的同学
要进一步学习量子场论
那么对于传播子
就要给予充分的注意了
-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