当前课程知识点:量子力学(上) > 第五章 量子力学中的对称性与守恒量 > 5.1 量子力学中的守恒量 > *5.1.4 维里定理
下面我们来讲
5.1.4节
这也是一个打*号的节次
是选修的
我们来介绍维里定理
假设系统是处在定态的
让我们考虑
这样的一个算符的平均值
这个算符是 r·p
也就是 x̂p̂x 加上
ŷp̂y 再加上 ẑp̂z 的
平均值
由于系统处在定态
这个平均值
当然不随时间而改变
然后我们再考虑
这样的算符和 Ĥ 的对易关系
比如说其中的一项是
x̂p̂x, 它和 Ĥ 的对易关系
这里之所以再乘上一个
1/iℏ 的因子
是因为它正好出现在
埃伦费斯特定理的右方
利用乘积算符的
对易括号的展开法则
这个对易括号包含两项
其中一个是把
x̂ 拿到对易括号的外边
另外一项是把 p̂x
拿到对易括号的外边
我们前边已经讲过
p̂x 和 Ĥ 的对易括号
实际上等于 -iℏ 乘以
Ĥ 这个算符对 x 的偏导数
这样一来我们对于这项
就得到了 -x̂
乘以 H 对 x 的偏导数
完全类似地
x̂ 和 Ĥ 的对易括号
是 iℏ 乘以 H 对 px 的偏导数
所以说这项就等于
H 对 px 的偏导数再乘以 p̂x
那么在 Ĥ 的这个表达式里边
和 x 有关的只有势能项
和 p 有关的只有动能项
因此把这样的偏导完成之后
这个表达式就成为
-x̂ 乘以 V 对 x 的偏导
再加上 p̂x2/m
完全类似地可以算出
ŷp̂y 和 ẑp̂z
和 Ĥ 的对易括号
于是我们就发觉
r·p 这个算符和
Ĥ 的对易括号
前面再除以一个 iℏ
它就等于 -r 这个矢量
和 V 的梯度的点积
再加上 p 这个矢量的平方
除以 m
再把这个结果代入
埃伦费斯特定理
实际上这个式子
应该是求平均值之后
等于零的
于是我们就发觉
r·∇V 的平均值
实际上等于
p2/m 的平均值
也就是两倍的动能的平均值
这个等式就称为维里定理
维里定理
对于中心势场的情况
具有特别简单而直接的结果
现在假设
势能 V 只是 r 的函数
并且正比于 rn
那么这样的一个先做梯度
再和 r 做点乘
实际上就等于
先对 V 里边的 r 做微分
再乘以 r
那么微分的时候
使这个指数拿下来
上面变成 n-1 再乘以 r
它又恢复为 rn
于是这个微分加点乘的结果
正好是把函数 V 乘以了 n 倍
这时候我们再利用维里定理
它就告诉我们
动能的平均值
实际上是势能的平均值
前面乘了一个系数
这个系数是 n/2
而这个 n
来自势能函数作为 r 的
n 次幂
由于以后我们将会举出
中心势场的
很多的具体的例子
在那些例子当中
我们可以一个一个地来验证
这个等式是成立的
-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