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 > 2.2.4 定态薛定谔方程 能量本征方程
这一节我们来研究一下
定态薛定谔方程
也就是能量本征方程
这个情形出现在V(r)
和时间无关的时候
在这种情况下
薛定谔方程可以用
分离变量的方法来求解
也就是设ψ(r,t)
等于两个函数的乘积
一个函数只和时间有关
是f(t)
另外一个函数
只和空间坐标有关
是小ψ(r)
那么把这样的形式代进到
薛定谔方程里边去
它可以重新写成为
这个样子
注意
实际上这是在原来的
薛定谔方程的等式两端
同时除了一下这个ψ
比如说
薛定谔方程的左边
本来应该是ihbarψ
对t的导数
当然现在的情况下
只需要对f(t)求导
然后我们再把ψ
除上去的话
那么这个小ψ(r)
在分子和分母上就消掉了
剩下的这个f(t)
留在了分母上
方程的右边也做类似的处理
那么就变成了这个样子
我们发觉
这个方程的左边和右边
分别只和时间坐标有关
和空间坐标有关
因此
要让这个等式能够成立
它只能是
大家一起等于同样一个常数
我们把这个常数记为E
那么
左边的部分就成为
这样的一个方程
这个方程
是可以直接积分出来的
得到的结果就是
f(t)等于e指数上负iEt除以hbar
这是一个完全确定的时间函数
而第二个方程也就成为
这样一个算符作用于小Ψ(r)
等于E同样的这个小Ψ(r)
在这里
特别的在小Ψ的右下角
把E写上去
这仅仅是一个标注
表明这个函数
是满足这个方程的
而这个方程里边出现了
一个E常数
这个方程
就称为定态薛定谔方程
因为这个方程里边
不再包含时间
回到刚才所说的
和r,t都有关的波函数
那么
它现在就成为
一个是这样的一个时间因子
而另外一个是
只和空间坐标有关的一个函数
然而它和这个E也有关
这种波函数就称为
定态波函数
它所描写的粒子状态
也就称为定态
定态本来的英文的名词
是稳定态
后面我们马上就会发觉
这样的一个术语
所代表的物理意义
由于刚才看到的那个算符
实际上是T这个算符和
V这个算符的和
而在经典的意义上
这正是动能加势能
也就是总能量
所以说
这是总能量算符
所以常数E的物理意义
也就是粒子的能量
所以说
定态的实际的含义就是
体系的能量有确定值的状态
这里我们发现了一个
这样的方程
这个方程具有这种形式
那就是
一个算符作用于
一个波函数
等于常数乘以这个波函数
这种方程我们称为
这个算符的本征方程
这个常数称为
这个算符的本征值
而这个方程的解也就是
满足这个方程的波函数
称为这个算符的
属于这个本征值的
本征函数
从这个角度来看
定态薛定谔方程实际上是
H这个算符
就是刚才写的
动能加势能那个算符
作用于这个Ψ(r)
右下角 角标E表明
它属于E的这个值
那么等于E乘以这个Ψ_E(r)
其实就是能量本征方程
所以说
Ψ_E(r)的意义就是
能量为E的能量本征函数
现在回到刚才所说的
那件事情
那就是
我们可以证明
如果这个系统处在定态
也就是说
它的波函数是这样的
定态波函数的话
那么体系的各种力学性质
都不随时间而改变
刚才已经说了
这其实是
定态这个名词的本来的含义
所以说
在量子力学里
能量本征态和稳定态
指的是同一个对象
-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