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*5.4.1 薛定谔方程初值问题的形式解 在线视频

*5.4.1 薛定谔方程初值问题的形式解

下一节:*5.4.2 薛定谔图画

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*5.4.1 薛定谔方程初值问题的形式解 课程教案、知识点、字幕

现在我们来讲新的一节

这是一个选学章节

介绍薛定谔图画和

海森堡图画

首先

我们来研究一下

薛定谔方程的初值问题的解

薛定谔方程

是大家都很了解的

那就是ihbarψ对t的偏导数

等于H哈密顿量算符

作用于ψ

当然为了得到方程的解

我们还必须加上初始条件

对于时间变量而言

这里只是一阶导数

所以方程的初始条件

只有ψ

在t等于零的时候的值

注意实际上这里的ψ_0

不是一个数

而是一个函数

也就是说

我们在这些表达式当中

把时间变量以外的

其它的变量

比如说

坐标都略去没有写

假设H是和时间无关的

那么这个问题也就是方程

加上初始条件的解

可以形式的写成为

下面这个样子

就是ψ在t这个时刻的值

等于

这样的一个算符

是e指数上-iHt除以hbar

作用于ψ_0

实际上呢这些算符的作用

是对其它的变量进行的

只不过我们这里

没有把其它的变量

明确的写出来而已

现在我们就来证明这个式子

是对的

那就是

把这个表达式对t做微分

前面乘上一个ihbar

那么很容易发觉

在这个表达式里边

t这个变量

是出现在这个地方

所以说

也就是对这样一个算符

里边的t做偏微分

这是一个指数算符

偏微分的规则和指数函数

是类似的

先把这个指数算符重写一遍

然后

再对它的指数上的这个函数

对t做偏微分

那么再一乘上那个ibar

它正好和-i除以har消掉

这个t再消掉

于是我们就发觉

它正好就是出来一个H

这个指数算符没有动

仍然它作用于ψ_0

而后面的这个部分

恰好就是ψ(t)自己

于是它的结果就是

H作用于ψ(t)

这就是薛定谔方程

通常我们把刚才的那个

指数算符引入一个记号

记作U

很显然它和时间变量t

是有关的

这里之所以加上一个零

因为我们是把

t等于零的时候

作为初始的时刻

这个就是

我们刚才看到的那个

对ψ_0作用的算符

所以我们把它叫做

时间演化算符

不难证明

这样的一个算符或者说

是从ψ_0到ψ_t的那个变换

实际上是一个幺正算符

也就是说这样的一个等式

是成立的

U的厄密共轭乘以U

等于单位算符

而U乘以U的厄密共轭

也等于单位算符

这样的一个幺正变换的性质

保证了几率守恒是成立的

再更一般的情况下

我们可以考虑

一个不等于零的时间

作为起始时刻

于是我们可以考虑一个

时间间隔

从t_0到t_1

类似的我们把

这种时间演化过程的

算符变换

写成为U里面包含了

t_0和t_1两个时刻

很显然

只不过在这里

把t换成t_1- t_0

就构成了这个时间演化算符

利用这个算符

我们可以写下一个任意的

选定的时刻t_0

到另外一个选定时刻t_1的

波函数的演化

那就是用这个时间演化算符

作用于t_0时刻的波函数

就给出了t_1时刻的波函数

由于我们总可以把一个

任意的时间演化过程

进行分段

比如说

我们先观察

系统从时刻t_0到t_1的演化

再观察它从t_1到t_2的演化

最后当然构成了

从t_0到t_2的演化

所以这种时间演化算符

满足这样的乘法规则

这就引导出了一个

很重要的的概念

那就是

系统的状态的演化

实际上是一系列的

幺正变换的接续的进行

实际上这是量子力学

对于系统随时间的

演化的一个根本性的判断

类似的这样的一个结论

可以在经典力学里

有一个类比

因为大家知道

在经典力学里

系统的状态随时间的演化

是一系列的正则变换的叠合

量子力学(上)课程列表:

序言

-引言

--引言

第一章 量子力学的历史渊源

-1.1 普朗克的光量子假说

--1.1.1 黑体辐射的能谱

--1.1.2 普朗克假说

--1.1.3 光电效应

--1.1.4 康普顿效应

-1.2 玻尔的原子结构模型

--1.2.1 氢原子光谱和弗兰克-赫兹实验

--1.2.2 玻尔模型

--1.2.3 索末菲量子化条件

-1.3 德布罗意的物质波假说

--1.3.1 德布罗意假说

--1.3.2 微观粒子波动性的实验

-第一章 量子力学的历史渊源--第1周作业

第二章 波函数与薛定谔方程

-2.1波函数

--2.1.1 波粒二象性的意义

--2.1.2 波函数的统计诠释

--2.1.3 波函数的归一化

--2.1.4 态叠加原理

--2.1.5 动量分布几率

--2.1.6 不确定关系

--2.1.7 力学量的平均值和力学量的算符表示

--2.1.8波函数应满足的要求

-第二章 波函数与薛定谔方程--第2周作业

-2.2 薛定谔方程

--2.2.1 薛定谔方程的引入

--2.2.2 几率守恒定律

--*2.2.3量子力学的初值问题 自由粒子的传播子

--2.2.4 定态薛定谔方程 能量本征方程

--2.2.5 非定态 薛定谔方程的一般解

--2.2.6 一般系统的薛定谔方程

--2.2.7 量子力学的表象

--2.2.8 量子力学中的测量 波包坍缩

-第二章 波函数与薛定谔方程--第3周作业

第三章 一维势场中的粒子

-3.1一维运动问题的一般分析

--3.1.1 一维定态薛定谔方程的解的一般特征

--3.1.2 关于一维定态薛定谔方程的解的基本定理

--3.1.3 一维定态的分类 束缚态和非束缚态

--3.1.4一维束缚态的一般性质

-第三章 一维势场中的粒子--第4周作业

-3.2 方势阱

--3.2.1 一维无限深势阱

--3.2.2 对称有限深方势阱

-3.3 δ函数势阱

--3.3.1 函数的定义和主要性质

--3.3.2 一维δ函数势阱中的束缚态

--3.3.3 δ函数势阱与方势阱的关系

-第三章 一维势场中的粒子--第5周作业

-3.4 线性谐振子

--3.4.1 方程的无量纲化和化简

--3.4.2 厄密多项式

--3.4.3 线性谐振子的能级和波函数

-3.5 一维散射问题

--3.5.1 一维散射问题的一般描述方法

--3.5.2 方势垒的量子隧穿

--3.5.3 方势阱的共振透射

-第三章 一维势场中的粒子--第6周作业

-*3.6 δ势的穿透

--3.6.1 δ势垒的穿透

--3.6.2 δ势阱的穿透

-*3.7 周期性势场中的能带结构

--*3.7.1 有限平移不变性,弗洛盖-布洛赫定理

--*3.7.2克勒尼希-彭尼模型,能带的形成

--第三章 一维势场中的粒子--第7周作业

第四章 力学量用算符表示

-4.1 算符及其运算

--4.1.1 基本的和导出的力学量算符

--4.1.2 线性算符

--4.1.3 算符的运算和厄密算符

--4.1.4算符的对易关系

-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

--4.2.1 算符的本证方程

--4.2.2 厄密算符的本征值

--4.2.3 本征函数系的正交性

--4.2.4 简并情形 共同本征函数

--4.2.5 力学量的完备集

--4.2.6 一般力学量的测量几率

--4.2.7 不确定关系的准确形式

-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

--4.3.1 动量本征函数在无穷空间中的归一化

--*4.3.2 动量本征函数的箱归一化

-4.4 角动量算符的本征值和本征态

--4.4.1角动量算符的球坐标表示

--4.4.2 角动量算符z的本征值和本征函数

--4.4.3 角动量平方算符的本征值和本征函数

--4.4.4 球谐函数的基本性质

-第四章 力学量用算符表示--第10周作业

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

--5.1.1 力学量的平均值随时间的演化

--5.1.2 量子力学里的守恒量 好量子数

--*5.1.3 能级简并与守恒量

--*5.1.4 维里定理

-5.2 对称性与守恒量

--5.2.1体系的对称变换 幺正变换

--5.2.2 空间平移不变性与动量守恒

--5.2.3 空间旋转不变性与角动量守恒

--5.2.4 离散对称性及离散守恒量

-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

--5.3.1多粒子体系的描写

--5.3.2 全同粒子的不可区别性

--5.3.3波函数的变换对称性和粒子的统计性质

--5.3.4交换对称或反对称波函数的构成 泡利不相容原理

--5.3.5 自由电子气 费米面

-*5.4 Schrödinger图画和Heisenberg图画

--*5.4.1 薛定谔方程初值问题的形式解

--*5.4.2 薛定谔图画

--*5.4.3 海森堡图画

-第五章 量子力学中的对称性与守恒量--第12周作业

第六章 中心力场

-6.1 中心力场中粒子运动的一般性质

--6.1.1中心力场中薛定谔方程的约化

--6.1.2约化径向方程与一维薛定谔方程的比较

--*6.1.3 二体问题的分解 相对运动

-*6.2 球无限深势阱

--*6.2.1球坐标系中的自由粒子波函数

--*6.2.2球无限深势阱中能级的确定

-第六章 中心力场--第13周作业

-6.3 三维各向同性谐振子

--6.3.1 三维各向同性谐振子在直角坐标系中的解

--6.3.2球坐标系中的解 缔合拉盖尔多项式

-6.4 氢原子和类氢离子

--6.4.1 径向方程的化简及其解

--6.4.2 氢原子和类氢原子的能级和波函数

--6.4.3 氢原子的轨道磁矩 g因子

--6.4.4 碱金属原子的能级

--*6.4.5 电子偶素 电子偶素湮灭的EPR佯谬

第七章 带电粒子在电磁场中的运动

-7.1 带电粒子在电磁场中的薛定谔方程

--7.1.1 带电粒子在电磁场中的经典哈密顿量 正则动量

--7.1.2 带电粒子在电磁场中的薛定谔方程 规范条件

--7.1.3 经典的和量子的规范不变性

-*7.2 朗道能级

--7.2.1 带电粒子在均匀磁场中的经典运动

--7.2.2 带电粒子在均匀磁场中的量子运动 朗道能级

--*7.2.3 朗道能级的简并度

-*7.3 阿哈罗诺夫-博姆(Aharonov-Bohm)效应

--*7.3.1 费曼的路径振幅

--*7.3.2 无线长螺线管的矢量势

--*7.3.3 阿哈罗诺夫-博姆效应和不可积相因子

*5.4.1 薛定谔方程初值问题的形式解 笔记与讨论

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